www.raaar.ru

Карьерный транспорт

Трудоемкость процесса транспортирования весьма высока, а затраты на собственно транспорт и связанные с ним вспомогательные работы составляют 45-50%, а в отдельных случаях 65-70% общих затрат на добычу. Специфика горных работ обуславливает следующие особенности карьерного транспорта:
  • значительный объем и сосредоточенная (односторонняя) направленность перемещения карьерных грузов при относительно небольшом расстоянии транспортирования;
  • периодическая передвижка транспортных коммуникаций в связи с постоянным изменением положения пунктов погрузки и разгрузки горной массы;
  • движение в грузовом направлении происходит, как правило, с преодолением значительных подъемов;
  • повышенные прочность и мощность двигателей транспортного оборудования, что вызвано большой плотностью, повышенной крепостью, абразивностью и неоднородной кусковатостью горной массы.

Интенсивность работ конвейерного транспорта характеризуется грузооборотом карьера, который определяется количеством груза (в кубических метрах или тоннах), перемещаемого в единицу времени (час, смена, и т.д)

Грузооборот (или его часть) характеризуется устойчивым во времени направлением перемещения, называемым грузопотоком. Грузопоток является сосредоточенным, если все грузы перемещаются из карьера на поверхность в одном направлении по одним транспортным коммуникациям, в противном случае грузопоток является рассредоточенным.

Основными видами карьерного транспорта являются железнодорожный, автомобильный, конвейерный и гидравлический.

Железнодорожный транспорт целесообразно применять на карьерах с большим годовым грузооборотом (15 млн.т и более) при значительной длине транспортирования (4 км и более). По сравнению с другими видами карьерного транспорта железнодорожный требует наибольших радиусов кривых (100 – 120 м), значительной протяженности фронта работ (700 – 800 м) и допускает наименьшие подъемы пути (40-60 о/оо ). Эти условия обеспечиваются при больших размерах карьера в плане и незначительной глубине (150-250 м). При железнодорожном транспорте относительно велики объемы горно-капитальных работ, капитальные затраты, затраты на содержание транспортных коммуникаций и их эксплуатацию и наиболее сложная организация труда.

Автомобильный транспорт применяется главным образом на карьерах с небольшим годовым грузооборотом (15-20 млн.т) при расстоянии транспортирования до 4 км. С появлением автосамосвалов большой грузоподъемности (120-180 т и более) область применения автотранспорта значительно расширилась. Его особенно эффективно применять в период строительства карьеров, при интенсивной разработке месторождения с большой скоростью подвигания забоев и высокими темпами углубки горных работ. Отсутствие рельсовых путей и контактной сети, менее жесткие требования к профилю и плану автомобильных дорог (допустимый радиус кривых составляет 15-20 м, а подъем пути 80-100 о/оо ) снижают объем горнокапитальных работ и уменьшают сроки и затраты на строительство карьеров. К основным недостаткам автомобильного транспорта относится резкое снижение эффективности при увеличении расстояния транспортирования и зависимость от климатических условий.

Конвейерный транспорт (ленточные конвейеры) применяется на карьерах для перемещения горной массы в рыхлом и раздробленном (размер кусков до 400 мм) состоянии. Широкий диапазон изменения производительности конвейерных установок (до 15000 м3/ч) позволяет применять их в карьерах с различным грузооборотом. Достоинствами конвейерного транспорта являются возможность преодоления подъемов до 18о и поточность перемещения грузов. Последнее обеспечивает возможность полной автоматизации процесса транспортирования и позволяет более эффективно использовать погрузочное оборудование. Широкое применение ленточных конвейеров ограничивается быстрым износом конвейерной ленты, жесткими требованиями к размерам транспортируемых кусков горной массы и способу погрузки. Эффективность конвейерного транспорта существенно снижается при низких температурах и большой влажности транспортируемой горной массы. Конвейерный транспорт целесообразно применять на карьерах с мягкими породами при годовом грузообороте 20 млн. т и более.

Комбинированный транспорт для перемещения горной массы в одном направлении включает разные виды транспорта. Как правило, он применяется при разработке глубоких и нагорных месторождений. Автомобильно-железнодорожный транспорт с внутрикарьерным перегрузочным пунктом целесообразно применять на нижних горизонтах (120-150 м и ниже) при использовании на верхних горизонтах железнодорожного транспорта. Автомобильно-скиповой транспорт наиболее эффективен в условиях крутых залежей с ограниченными размерами в плане при глубине разработки более 150 м и устойчивых вмещающих породах, обеспечивающих надежную и безаварийную работу подъемников.


Характеристика пути и подвижного состава железнодорожного транспорта

На карьерах в основном применяется стандартная железнодорожная колея шириной 1524 мм. При небольшом грузообороте может применяться стандартная узкая колея шириной 750 мм. Минимальный радиус кривых определяется типом подвижного состава и шириной колеи. Для всех стационарных карьерных путей при ширине колеи 1524 мм нормальный радиус кривых равен не менее 200 м. Для временных путей он находится в пределах 100-200 м. Подъем i пути определяется тангенсом угла подъема α , т.е

о/оо (6.1)

Максимальный подъем пути в грузовом направлении называется руководящим подъемом iр . По величине руководящего подъема рассчитывается масса поезда с однократной тягой. Экономически эффективная величина руководящего подъема для железнодорожного электрифицированного транспорта составляет 40 и 60 о/оо соответственно при однократной тяге с использованием электровозов и тяговых агрегатов.

Подвижной состав на карьерах состоит из вагонов и локомотивов.

Для перевозки полезного ископаемого широко используются вагоны типа «гондола» грузоподъемностью 60 – 90 т и частично типа «хоппер» грузоподъемностью 60 т. У вагонов типа «гондола» дно составлено из отдельных щитов, вращающихся на шарнирах у хребтовой балки. Опущенные щиты образуют наклонные плоскости, по которым груз высыпается по обе стороны от оси пути. Вагон типа «хоппер» имеет наклонные торцовые стенки и разгружается через люки, расположенные ниже рамы вагона. Груз ссыпается между рельсами или на стороны.

Для перевозки породы используются саморазгружающиеся вагоны – думпкары с односторонней или двухсторонней разгрузкой. Конструкция думпкаров рассчитана на восприятие значительных динамических нагрузок от падения крупных кусков породы массой 2 – 3 т с высоты 1,5 – 3 м (при погрузке экскаваторами). Думпкары также широко применяются для транспортирования руды.

Масса перевозимого в вагоне груза определяется по формуле

, т (6.2)

где Ев – емкость вагона, м3;

- насыпная плотность породы в вагоне, т/м3;

Кз – коэффициент загрузки вагона.

, т/м3 (6.3)

где – плотность породы в целике, т/м3;

Кр – коэффициент разрыхления породы в кузове.

Коэффициент тары вагона Кт равен отношению массы qт вагона к его грузоподъемности qп

Локомотивы являются тяговыми установками, предназначенными для перемещения составов по железнодорожным путям. Состав состоит из нескольких вагонов и одного (реже двух) локомотива, расположенного в голове или хвосте. В качестве локомотивов на карьерах применяются электровозы, тепловозы и тяговые агрегаты. Наибольшее применение на карьерах получили электровозы. Достоинствами электровозов являются относительно высокий к.п.д., равный 14-16%, высокая скорость движения на руководящем подъеме, способность преодолевать подъемы до 40 о/оо, постоянная готовность к работе, простое обслуживание и надежная работа в любых климатических условиях. наибольшее применение получили контактные электровозы, работающие на постоянном токе напряжением 1500 и 3000 В. Недостатками электровозов являются зависимость от источника энергии и значительные капитальные затраты на строительство контактной сети и тяговой подстанции. Для работы без контактной сети на электровозах устанавливают дизель-генераторный агрегат, который используется при движении по подъездным путям. Такие локомотивы называются дизель-электровозами.

Тепловозами называются локомотивы, оборудованные двигателями внутреннего сгорания (дизелями). Передача вращающего момента на колесные пары у тепловозов может осуществляться с помощью электрической, гидромеханической и гидроэлектрической систем. двигатель внутреннего сгорания, установленный на тепловозе, обеспечивает его автономность и исключает необходимость контактной сети, стоимость которой составляет 12-15% общей стоимости транспортирования. Тепловозы обладают высоким к.п.д., равным 24-26%, и способны преодолевать значительные подъемы. Большинство современных тепловозов имеет электрическую передачу. Дизель и главный генератор на таких тепловозах соединены общим валом. От главного генератора электроэнергия поступает к тяговым двигателям постоянного тока, установленным непосредственно на полуосях тепловоза.

Тяговые агрегаты представляют собой сочетание электровоза управления, секции автономного питания (дизельная секция) и нескольких обмоторенных думпкаров. Наличие обмоторенных думпкаров в составе тягового агрегата значительно увеличивает сцепной вес, а, следовательно, и полезную массу поезда (в 2 – 2,5 раза по сравнению с электровозами) или руководящий подъем (до 60 о/оо). Наличие же дизельной секции в составе тягового агрегата устраняет потребность в контактной сети на подвижных путях. В некоторых тяговых агрегатах дизельная секция отсутствует.

Локомотивы характеризуются сцепным весом, силой тяги, мощностью, давлением на ось и проходимостью по кривым.

Сцепным весом локомотива называется часть его расчетного веса Рр, приходящаяся на движущиеся оси, т.е

(6.4)

где n – общее число осей локомотива;

n/ - число ведущих (движущих) осей локомотива.

Сила тяги F и мощность Nл локомотива находятся в прямо пропорциональной зависимости между собою, т.е.

, л.с (6.5)

, кВт (6.6)

где v – скорость движения локомотива, км/ч.

Различают следующие виды силы тяги:

индикаторную Fи , т.е. силу тяги на ободе движущихся колес, создаваемую двигателем локомотива;

касательную Fк , т.е. силу тяги на ободе движущихся колес локомотива, которая для электровозов и тепловозов равна индикаторной силе тяги за вычетом потерь на работу без нагрузки;

упряжную Fу, т.е. силу тяги, которая приложена к сцепному крюку и равна касательной силе тяги за вычетом силы, необходимой на перемещение самого локомотива;

сцепную Fсц, т.е силу тяги, определяемую по формуле

 (6.7)

где Рсц – сцепной вес локомотива, тс;

коэффициент сцепления движущихся колес с рельсами – коэффициент сцепления движущихся колес с рельсами.


Схемы карьерных путей и организация обменных работ на уступах

На карьерах протяженность железнодорожных путей может достигать многих десятков, а иногда и сотен километров. Так на железнодорожном карьере Южного ГОКа она составляет около 300 км. Выделяют следующие виды карьерных железнодорожных путей:

забойные и овальные временные пути, периодически перемещаемые по мере подвигания фронта очистных работ;

соединительные пути, связывающие забойные и отвальные пути с постоянными путями в капитальных траншеях и на поверхности;

пути капитальных траншей и съездов, связывающие рабочие горизонты в карьере с путями на поверхности;

поверхностные пути (откаточные, хозяйственные, и т.д.);

магистральные пути. соединяющие карьер с путями МПС.

Разделительными пунктами железнодорожный путь делится на отдельные участки (перегоны), что обеспечивает необходимую безопасность движения поездов и увеличивает пропускную способность пути. В зависимости от назначения и сложности путевого развития раздельные пункты подразделяются на посты, разъезды и станции.

Пост – это разделительный пункт, не имеющий путевого развития и предназначенный для регулирования на прилегающем полигоне движения поездов путем их остановки или пропуска. Согласно правилам безопасности на перегоне может находиться только один поезд. Разделение больших перегонов постами на более короткие перегоны обеспечивает возможность одновременного движения большого числа поездов, что ведет к увеличению пропускной способности пути. Обычно посты располагаются на подходах к карьеру или отвалу, а также в пунктах примыкания забойных путей к стационарным. При автоблокировке посты заменяются проходными автоматическими светофорами.

Разъезд – это разделительный пункт на однопутной железнодорожной линии. Он имеет путевое развитие и предназначен для скрещения (встречи), обгона и обмена поездов. Располагается он в непосредственной близости от карьера или отвала с целью быстрейшего обмена поездов. При значительной длине перегона разъезды устраиваются с целью увеличения пропускной способности.

Станция – это раздельный пункт, имеющий сложное путевое развитие и предназначенный для обгона, скрещения, приема и отправления поездов, маневровой работы, технического осмотра и мелкого ремонта, экипировки локомотивов, формирования и расформирования поездов. На станциях обычно располагаются диспетчерские посты, где осуществляется управление движением поездов от забоев до места разгрузки.

Соотношение времени погрузки tп и времени обмена tо состава характеризуется коэффициентом обеспечения забоя порожними составами, который определяется по формуле

(6.8)

Время погрузки

, ч, (6.9)

где Qп – полезная масса поезда, т;

Пэ.тех – техническая производительность экскаватора, т/ч.


Пропускная и провозная способность пути

Пропускная способность перегона определяется числом поездов, которое может быть пропущено по этому перегону в единицу времени. Пропускная способность перегона зависит в основном от его длины и скорости движения поездов. Пропускная способность всего железнодорожного пути соответствует перегону с минимальной пропускной способностью, который называется ограничивающим. Отличительными признаками этого перегона являются наибольшая его длина, наиболее тяжелые план и профиль пути и минимальное число действующих путей. Ограничивающий перегон обычно включает капитальную траншею. Пропускная способность перегона определяется по следующим формулам:

для однопутного перегона:

, пары поездов, (6.10)

для двухпутного перегона в грузовом направлении

, поезда (6.11)

для двухпутного перегона в направлении без груза

, поезда (6.12)

где Т – время, за которое определяется пропускная способность;

tпор, tгр – время движения по перегону соответственно без груза и с грузом;

 - время, расходуемое на связь между раздельными пунктами.

провозная способность перегона – это количество груза, которое может быть перевезено по этому перегону в единицу времени. Провозная способность пути устанавливается по ограничивающему перегону и определяется по формуле:

, т (6.13)

где nqгр – полезная масса поезда, т;

f = 1.2-1.25 – коэффициент резерва провозной способности.

Расчет подвижного состава

Единицей на железнодорожном транспорте является лкомотивосостав (поезд), включающий локомотив и расчетное число вагонов. Потребное число Nл..с локомотивосоставов зависит от продолжительности рейса поезда, его полезной массы и грузооборота карьера.

Число Nр рейсов всех локомотивосоставов в сутки, обеспечивающее суточный грузооборот карьера Wс определяется по формуле

(6.14)

Возможное число рейсов одного локомотивосостава за сутки

(6.15)

где Т=22 продолжительность работы транспорта в сутки. час;

tр – продолжительность рейса локомотивосостава , ч

tр=tп+tд.в+tраз+tд.ст+tож, час (6.16)

где tп – время погрузки локомотивосостава, ч;

tраз – время разгрузки локомотивосостава, ч;

tож – время прстоя локомотивосостава в ожидании погрузки, разгрузки, на обменных

пунктах, час;

tд.в, tд.ст – время движения локомотивосостава соответственно по временным и

стационарным путям, ч;

(6.17)

где Пэ.тех – техническая производительность экскаватора, т/ч;

; ; (6.18)

где Lв, Lст – соответственно протяженность временных и стационарных путей;

vв, vст – соответственно скорость движения по временным и стационарным путям;

tраз – время разгрузки состава, ч.

Время разгрузки определяется по формулам:

при одновременной разгрузки вагонов

, ч (6.19)

при последовательной разгрузке вагонов

, ч (6.20)

где  – время разгрузки одного вагона (1,5 – 5 мин).

Время tож принимается равным 5-10 мин на рейс.

Таким образом, число рабочих локомотивосоставов

(6.21)

Число рабочих локомотивов Nл равно число локомотивосоставов Nлс. Число вагонов

Nв=Nлс n. Инвентарный парк вагонов и локомотивов принимается на 20-25% больше рабочего парка.

Характеристика дорог и подвижного состава карьерного автомобильного транспорта

Ширина проезжей части автодорог зависит от габаритов подвижного состава, скорости движения, числа полос движения и определяется по формулам:

при однополосном движении:

Ш1=а+2у, м

при двухполосном движении

Ш2=2(а+у)+х, м

где а – ширина самосвала по скатам колес (примерно=ширине кузова), м

у – ширина предохранительной полосы, м;

х=2у – зазор между кузовами встречных автосамосвалов, м;

у=0,5+0,005v, м; где v – скорость автосамосвала, км/ч.

На мощных карьерах с большой интенсивностью движения (2000-3000 автосамосвалов в сутки) на постоянных дорогах применяют цементобетонное или асфальтовое покрытие. При меньшей интенсивности движения (1000-1500 автосамосвалов в сутки) используют щебеночное покрытие с пропиткой и поверхностной обработкой или покрытие, обработанное по способу смешения. При рыхлом основании они имеют грунтовое покрытие, улучшенное щебеночными добавками.

Подвижной состав автотранспорта должен обладать повышенной прочностью, маневренностью и проходимостью, преодолевать значительные подъемы и уклоны и обеспечивать быструю механизированную разгрузку.

Основными параметрами карьерных самосвалов являются

  • грузоподъемность,
  • мощность двигателя,
  • емкость кузова,
  • колесная формула и минимальный радиус поворота.

Первая цифра колесной формулы обозначает число колес, вторая цифра – число ведущих колес.

На карьерах наибольшее распространение получили автосамосвалы типа БелАЗ грузоподъемностью 27 – 180 т. В качестве тягачей для полуприцепов как правило используются базовые самосвалы соответствующей мощности. Увеличение грузоподъемности полуприцепа при неизменной мощности привело к снижению удельной мощности до 5,9 – 6 л.с./т и некоторому снижению динамических характеристик.


Принципы расчета подвижного состава и пропускной способности автодорог

Расчет подвижного состава. Как правило, число автосамосвалов рассчитывается для каждого экскаватора отдельно. Рабочий парк автосамосвалов устанавливается по условию обеспечения непрерывной работы рабочего парка экскаваторов при ритмичной подаче порожних автосамосвалов в забой. Число автосамосвалов, которое может эффективно использоваться в комплексе с одним экскаватором, определяется по формуле

, (6.22)

где Тр – время рейса, мин; tп – время погрузки автосамосвала, мин.

Тр=tп+tдв+tр+tм ,мин (6.23)

где tдв,tр,tм – время соответственно движения, разгрузки и маневров, мин.

Время погрузки

, мин (6.24)

где Е – емкость ковша экскаватора, м3;

Кр – коэффициент разрыхления породы в ковше экскаватора;

Кн – коэффициент, учитывающий наполнение ковша экскаватора;

qа – грузоподъемность самосвала, т;

плотность перевозимой породы – плотность перевозимой породы, т/м3.

Время движения автосамосвала определяется по формуле

, мин (6.25)

где Тгр, Тпор – время движения автосамосвала соответственно с грузом и без груза, мин;

l1,l2,l3,…,ln – участки пути с одинаковыми условиями движения (с грузом и без груза,

км);

v1,v2,v3,…,vn – скорости движения автосамосвала на этих участках, км/ч.

Время tp разгрузки автосамосвала включает время подъема кузова и время его опускания. Для автосамосвалов грузоподъемностью до 40 т. оно составляет 60 с, при большей грузоподъемности самосвалов 70 – 90 с.

Время tм маневров при погрузке автосамосвалов зависит в основном от схемы подъезда и находится в пределах 0 – 10, 20 – 25, 50 – 60 с соответственно для сквозной, петлевой и тупиковой схемы. При разгрузке оно составляет 40 – 50 с.

Зная число автосамосвалов для обслуживания одного экскаватора Ni, легко определить число рабочих автосамосвалов для обеспечения работы n экскаваторов Np.a формуле

(6.26)

Число рабочих автосамосвалов можно также определить по формуле

, (6.27)

где Кн = 1,1 – 1,15 коэффициент неравномерности работы;

Wс – суточный грузооборот карьера, т;

nсм – число смен в сутки;

Па.см – сменная эксплуатационная производительность автосамосвала, т;

(6.28)

где qа – грузоподъемность автосамосвала;

Kq – коэффициент использования грузоподъемности автосамосвала;

Тсм – продолжительность смены, ч;

Тр – продолжительность рейса, ч;

Ки.а =0,7 – 0,8 – коэффициент использования автосамосвала во времени.

Так как часть автосамосвалов постоянно находится в ремонте и проходит техническое обслуживание, то инвентарное число автосамосвалов

(6.29)

где коэффициент технической готовности парка коэффициент технической готовности парка.

Пропускная способность N автодороги – это максимально возможное число автосамосвалов, которые могут пройти через определенный участок в единицу времени. При движении автосамосвалов в одном направлении часовая пропускная способность автодороги

, самосвалы (6.30)

где tм – интервал времени между машинами, мин;

v – скорость движения, км/ч;

L – безопасное расстояние между следующими друг за другом автосамосвалами;

Кн – коэффициент неравномерности движения.

Безопасное расстояние между автосамосвалами складывается из длины тормозного пути и длины автосамосвала и должно быть не менее 50 м. на горизонтальных прямолинейных участках это расстояние определяется по формуле:

L=v+0.04v2+6, м (6.21)

Провозная способность автодороги определяется по формуле:

, т/ч (6.22)

где qф – фактическая масса груза, перевозимого автосамосвалом, т;

f =1,75 – 2 коэффициент резерва.


Организация работы автотранспорта

В зависимости от способа вскрытия рабочих горизонтов, размеров рабочих площадок и условий работы экскаваторов возможны:

  • сквозной проезд автосамосвалов к экскаватору;
  • подъезд автосамосвалов к экскаватору с петлевым разворотом;
  • подъезд автосамосвалов к экскаватору с тупиковым разворотом.

Сквозной проезд используется при наличии двух выездов с горизонта. Автосамосвалы в этом случае движутся поточно, съезжая с магистральных дорог на забойные.

Подъезд с петлевым разворотом используют при встречном движении автосамосвалов на горизонте. Он не требует сложных маневров. Обычно время обмена автосамосвалов не превышает продолжительности рабочего цикла экскаватора, что позволяет повысить его производительность. Автосамосвалы следует устанавливать так, чтобы обеспечить минимальный угол поворота экскаватора, что позволяет достичь высокого использования экскаваторов во времени.

Подъезд с тупиковым разворотом используют в стесненных условиях, когда невозможно осуществить петлевой разворот. В основном эта схема применяется в тупиковых заходках при проведении траншей. При ширине рабочей площадки (основания траншеи) меньше радиуса разворота автосамосвала устраивают специальные ниши для обеспечения более свободного маневра при развороте. Подъезд с тупиковым разворотом снижает производительность автосамосвалов на 10-15% по сравнению с другими схемами подъезда.

В зависимости от числа автосамосвалов, находящихся в одновременной работе, применяют одиночную или спаренную установку их под погрузку. Одиночная установка автосамосвалов может проводиться параллельно оси забоя (при заходках небольшой ширины) либо с разворотом (при более широких заходках). Установка с разворотом позволяет уменьшить угол поворота экскаватора. Спаренная установка автосамосвалов обеспечивает более высокую производительность экскаваторов. При спаренной односторонней установке несколько усложняется маневрирование автосамосвалов (особенно в ночное время). Спаренная двусторонняя установка в большей степени обеспечивает использование экскаватора во времени. Она применяется в условиях широких заходок и тупиковых забоев. Однако спаренная установка требует некоторого увеличения парка автосамосвалов.

Эффективность применения автотранспорта на карьерах зависит также и от правильного сочетания рабочих параметров экскаваторов и автосамосвалов. Рациональное соотношение емкости кузова автосамосвала и емкости ковша экскаватора находится в пределах 4 –10.

Конвейерный транспорт на карьерах

Ленточный конвейер состоит из ленты, роликовых опор, смонтированных на металлической конструкции, приводной станции, устройства для натяжения ленты, загрузочного устройства. Ширина В ленты конвейера зависит о его производительности и кусковатости транспортируемых пород и находится в пределах 400 – 3600 мм. Допустимый угол подъема зависит от физико-механических свойств транспортируемых горных пород и составляет 20 –22, 16-18 и 13 –15о соответственно при транспортировании рыхлых пород, взорванных скальных пород и гравия. Допустимый угол при спуске на 2 –3о меньше допустимого угла на подъеме.

Часовая техническая производительность ленточных конвейеров зависит от ширины ленты, формы поперечного сечения размещенной на ленте породы и ее физико-механических свойств, скорости движения ленты и определяется по формуле

Пк.тех=3600FvK3, м3 (6.23)

где F – площадь поперечного сечения размещенной на ленте породы, м2;

v – скорость движения конвейерной ленты, м/с;

Кз – коэффициент загрузки ленты.

Площадь поперечного сечения размещенной на ленте породы зависит от его формы и определяется по формуле А.О.Спиваковского

FнКпр(0,9В-0,05)2 , м2 (6.24)

где В – ширина ленты, мм;

Кпр – коэффициент, учитывающий конструкцию роликоопоры ;

Кн – коэффициент, учитывающий угол наклона конвейера.