Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние и перспективы использования большегрузных автосамосвалов в качестве технологического транспорта нагорно-глубинных карьеров 10
1.1. Горно-геологические и горнотехнические условия разработки нагорно-глубинных карьеров 10
1.2. Условия, особенности и технико-экономические показатели работы автосамосвалов в транспортных схемах нагорно-глубинных карьеров 22
1.3. Состояние изученности вопросов обоснования уклонов карьерных автодорог. Цель, задачи и методы исследования 27
2. Технические ограничения уклонов автодорог при эксплуатации автотранспорта на нагорно-глубинных карьерах 42
2.1. Ограничения уклонов автодорог по тягово-динамическим качествам и условиям безопасности работы автотранспорта 42
2.2. Предельные уклоны автодорог по условиям устойчивости и допустимых нагрузок на автошины 49
2.3. Обоснование предельных параметров автомобильных трасс по условию допустимого нагрева тягового электрооборудования дизель-электрических автосамосвалов 54
Выводы 69
3. Методика оптимизации уклонов карьерных автодорог по физическим критериям 72
3.1. Физические критерии оценки и оптимизации транспортных систем карьеров 72
3.2. Определение оптимальных уклонов автодорог по расходу топлива для автосамосвалов с гидромеханической и электромеханической трансмиссиями 75
3.3. Определение оптимальных уклонов автодорог по времени движения 85
3.4. Пути дальнейшего совершенствования методов оценки параметров карьерного автотранспорта 89
Выводы 93
4. Технико-экономическое обоснование эффективности эксплуатации автосамосвалов на различных уклонах автодорог 95
4.1. Основные положения методики технико-экономического обоснования оптимальных уклонов автодорог на нагорно-глубинных карьерах 95
4.2. Технологические аспекты применения повышенных уклонов при эксплуатации карьерного автотранспорта 108
4.3. Обоснование оптимальных уклонов карьерных < автодорог в конкретных горнотехнических условиях (на примере Чинейского ГОКа) 115
Выводы 125
Заключение 127
Список использованных источников 130
Приложения
- Условия, особенности и технико-экономические показатели работы автосамосвалов в транспортных схемах нагорно-глубинных карьеров
- Предельные уклоны автодорог по условиям устойчивости и допустимых нагрузок на автошины
- Определение оптимальных уклонов автодорог по расходу топлива для автосамосвалов с гидромеханической и электромеханической трансмиссиями
- Технологические аспекты применения повышенных уклонов при эксплуатации карьерного автотранспорта
Введение к работе
Актуальность работы. Одной из тенденций развития горной промышленности в нашей стране и за рубежом является усложнение топографических условий месторождений, вовлекаемых в разработку. Уже сейчас месторождения с гористым рельефом составляют на территории бывшего СССР 15-20 % всех разрабатываемых карьерами месторождений, и удельный вес их продолжает возрастать. В будущем предстоит освоение месторождений полезных ископаемых в труднодоступных районах Северного Урала, Тянь-Шаня, Памира, в обширных регионах Восточной Сибири, в том числе месторождений медных и титаномагнетитовых руд Чинейско-Удоканской группы.
Ведение открытых работ на нагорно-глубинных карьерах связано с рядом трудностей. К ним относится сложность подвода транспортных коммуникаций и проходки полутраншей на крутых обрывистых склонах; стесненность рабочего пространства из-за пересеченности рельефа и ограниченная протяженность рабочего фронта; нехватка удобных площадей для размещения вскрышных пород и отходов обогащения и т.п. Ввиду ряда преимуществ автомобильный транспорт является основным технологическим транспортом нагорно-глубинных карьеров. Эксплуатация автомобильного транспорта на нагорно-глубинных карьерах имеет ряд специфических особенностей и характеризуется значительной сложностью. Это, в первую очередь, обусловлено сложной конфигурацией трасс в профиле и плане, сочетающих движение груженых автосамосвалов на спуск и подъем горной массы, а также повышенными требованиями к безопасности движения.
Одним из основных технологических параметров автотранспорта является продольный уклон карьерных автодорог. Важным направлением повышения эффективности автотранспорта нагорно-глубинных карьеров является увеличение уклонов автодорог. В технологическом аспекте применение повышенных уклонов позволяет сократить дополнительный разнос бортов карьеров от размещения транспортных коммуникаций, в энергетическом - увеличение уклонов в определенном диапазоне позволяет повысить энергетическую эффективность автотранспорта при работе на подъем и спуск горной массы. В настоящее время уровень научного обеспечения проектных и производственных решений в данном вопросе отстал от потребностей промышленности. Отсутствует методика определения оптимальных уклонов автодорог в конкретных горнотехнических условиях эксплуатации. Проектными институтами уклоны принимаются согласно рекомендациям устаревших СНиП без учета технического прогресса в большегрузном автомобилестроении, типа трансмиссии и условий эксплуатации. В связи с этим исследование обоснования оптимальных уклонов автодорог при разработке нагорно-глубинных карьеров является весьма актуальным.
Целью работы является разработка методики оптимизации уклонов автодорог при разработке нагорно-глубинных карьеров.
Основная идея исследования заключается в комплексном использовании физических (удельные энергозатраты на подъем и спуск горной массы, время движения и удельное действие) и экономических (сумма дисконтированных капитальных вложений и эксплуатационных затрат) критериев, а также технических ограничений, позволяющих установить оптимальные значения уклонов автодорог при разработке нагорно-глубинных карьеров.
Объектами исследования являются нагорно-глубинные карьеры с применением технологического автомобильного транспорта, предметом исследования - эксплуатационные показатели технологического автотранспорта при работе на различных уклонах карьерных автодорог.
В диссертации использован комплекс научных методов исследований, включающий:
- анализ и обобщение опыта разработки нагорно-глубинных карьеров;
- регрессионный анализ при исследовании зависимостей эксплуатационных показателей автосамосвалов от суммарного сопротивления движению;
- геоинформационное моделирование транспортных коммуникаций;
- методы дифференциального и интегрального анализа при выводе формул оптимальных значений уклонов по физическим критериям;
- экономико-математическое моделирование при разработке методики технико-экономического обоснования оптимальных уклонов автодорог.
Научные положения, представляемые на защиту:
1. Оптимальные значения уклонов карьерных автодорог по физическим критериям определяются изменением коэффициентов полезного действия трансмиссии, скоростей движения и удельного расхода топлива автосамосвалами в зависимости от суммарного сопротивления движению на уклонах.
2. При ухудшении качества дорожного покрытия значения оптимальных уклонов, установленных по физическим критериям, смещаются в сторону увеличения, что согласуется с принципом Ле Шателье-Брауна, описывающим поведение физических систем в состоянии устойчивого равновесия.
3. Оптимальные значения уклонов по экономическим критериям следует устанавливать с учетом их влияния на технологические параметры карьеров в диапазоне, ограниченном физическими критериями и техническими пределами. Увеличение глубины разработки предопределяет смещение оптимальных уклонов в сторону технических пределов.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертации подтверждается исходными предпосылками, основанными на фундаментальных положениях теории открытой разработки и теории формирования транспортных систем карьеров; результатами анализа горно-геологических и горнотехнических условий разработки нагорно-глубинных карьеров и технико-экономических показателей работы технологического автотранспорта; корректным применением методов статистической обработки наблюдений по методикам Госстандарта РФ; сходимостью результатов теоретических исследований и моделирования с результатами опытно-промышленных испытаний.
Научная новизна результатов исследования заключается в следующем:
- впервые предложены и обоснованы физические критерии (удельные энергозатраты на подъем и спуск горной массы, время движения и удельное действие) выбора оптимальных уклонов автодорог для автосамосвалов с различным типом трансмиссии при работе в условиях нагорно-глубинных карьеров;
- установлены зависимости изменения оптимальных уклонов автодорог от качества дорожного покрытия;
- установлены технические ограничения уклонов автодорог по условию нагрева тягового электрооборудования для автосамосвалов с электромеханической трансмиссией;
- обоснованы технологические схемы и метод расчета глубины перехода на повышенные уклоны при разработке нагорно-глубинных карьеров;
- разработана комплексная методика оптимизации уклонов автодорог с учетом технологических параметров разработки нагорно-глубинных карьеров.
Научное значение исследования заключается в разработке методики обоснования оптимальных уклонов автодорог, обеспечение которых позволит повысить эффективность горных работ на нагорно-глубинных карь ерах, что является вкладом в теорию формирования транспортных систем карьеров - научное направление физико-технической геотехнологии .
Практическая ценность работы. Использование результатов исследований позволяет:
- сократить затраты на транспортирование горной массы и вскрышные работы за счет оптимизации уклонов карьерных автодорог;
- принимать научно обоснованные решения на стадии проектирования, обеспечивающие эффективную эксплуатацию технологического автотранспорта, нагорно-глубинных карьеров.
Личный вклад автора:
- теоретическое обоснование физических критериев выбора оптимальных уклонов карьерных автодорог для автосамосвалов с различным типом привода;
- установление зависимостей изменения эксплуатационных и технико-экономических показателей автотранспорта от величины продольного уклона автодорог;
- разработка методики выбора оптимального уклона автодорог для карьеров нагорно-глубинного типа;
- обоснование оптимальных уклонов автодорог при разработке нагорно-глубинного карьера Чинейского ГОКа.
Реализация результатов работы. Результаты исследований послужили теоретической основой выбора оптимального уклона автодорог при проектировании транспортной системы Чинейского ГОКа (ОАО «Институт Уралгипроруда»). Рекомендации по техническим ограничениям уклонов автодорог для дизель-электрических автосамосвалов внедрены на комбинате «Магнезит» при доработке Карагайского карьера. Основные результаты диссертационной работы используются при чтении лекций и
проведении лабораторных занятий по курсам: «Энергетическая оценка процессов и технологий», «Процессы открытых горных работ», «Взаимодействие процессов открытых горных работ», «Проектирование карьеров» для студентов специальности 130403 - «Открытые горные работы» направления 130400 - «Горное дело».
Апробация работы. Основные положения диссертации и ее отдельные результаты обсуждены и одобрены на международных конференциях «Проблемы разработки месторождений глубокими карьерами» (г. Челябинск, 1996 г.) и «Проблемы геотехнологии и недроведения» (г. Екатеринбург, 1998 г.), на Международном семинаре «Энергосбережение на карьерном автомобильном транспорте» (г. Екатеринбург, 2003 г.), на Международной научно-технической конференции руководителей горнодобывающего комплекса (г. Жодино, ПО «БелАЗ», 2002 г.), на Республиканской научно-технической конференции «Модернизация промышленного транспорта — 2003» (г. Москва, 2003 г., Ассоциация предприятий промышленного транспорта АСПРОМТРАНС), на VII Международной научно-практической конференции «Проблемы карьерного транспорта» (г. Екатеринбург, 2005 г.), на Республиканской научно-технической конференции «Компьютерные технологии в горном деле» (г. Екатеринбург, 2002 г.), на Международной научно-технической конференции «Проблемы открытой разработки месторождений полезных ископаемых (Хохряковские чтения)» (г. Екатеринбург, 2007 г.), в Институте горного дела УрО РАН, комбинате «Магнезит» и других горнодобывающих предприятиях.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 28 печатных работ. Основное содержание диссертации отражено в 13 работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 155 страницах машинописного текста, включает 30 рисунков, 28 таблиц, список использованных источников из 127 наименований и 3 приложения.
Работа выполнена в рамках исследований по следующей тематике: «Разработка методики оптимизации уклонов автодорог при разработке на-горно-глубинных карьеров» (задание Федерального агентства по образованию, 2005 г.), «Исследование энергетической эффективности транспортных систем глубоких карьеров» (задание Федерального агентства по образованию, 2008-2010 гг.).
Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам лаборатории транспортных систем и геотехники Института горного дела УрО РАН, сотрудникам и преподавателям кафедры разработки месторождений открытым способом УГГУ за оказанную методическую помощь и ценные советы при формировании и обсуждении работы, а также считает своим долгом выразить искреннюю признательность канд. техн. наук, доц. Э. В. Горшкову и инженерам Т. Л. Будник и Г. И. Егоренковой за практическую помощь в проведении исследований.
Условия, особенности и технико-экономические показатели работы автосамосвалов в транспортных схемах нагорно-глубинных карьеров
Суровые климатические условия эксплуатации в горах оказывают отрицательное влияние на работу карьерного оборудования, в том числе технологического автотранспорта, вследствие хладоемкости металлических деталей и узлов автосамосвалов. Так, из-за учащающихся зимой аварийных поломок автосамосвалов производительность их снижается в среднем на 10 %. Автотранспорт весьма чувствителен к условиям видимости. Например, при уменьшении во время метели и тумана видимости до 70 м и при температуре 5-20С производительность карьерных автосамосвалов падает на 6-60 %. Значительное снижение производительности автотранспорта вызывают снежные заносы, сели и камнепады, которым подвержены транспортные коммуникации, рабочие площадки и забои [48].
Особые климатические условия складываются на высокогорных карьерах. С увеличением высоты понижается атмосферное давление, сказывается недостаток кислорода. Своеобразный тепловой режим, выражающийся в понижении температуры на 0,6С при подъеме на каждые 100 м в летний период, а также в значительной амплитуде максимальной и минимальной температур воздуха в течение года, достигающей 60 С и более, отрицательно влияет на производительность автосамосвалов. К этому следует добавить также сильную ионизацию воздуха и солнечную радиацию.
Высокогорные карьеры, как правило, находятся в зоне облаков. Облачность, опускающаяся в карьер, часто парализует работу автотранспорта, так как допустимый предел видимости для автосамосвалов должен быть не менее 20 м. Простои по этой причине достигают 1 200 маш.-ч и более, потери по неотгруженной горной массе — 160-200 тыс. м /год. В связи с разреженностью воздуха мощность дизельных двигателей уменьшается на 20-25 % из-за недогорания топлива. На электрооборудование машин неблагоприятное воздействие оказывают повышенная ионизация воздуха и солнечная радиация: быстро стареет и выходит из строя изоляция, происходят пробои в местах соединения клемм. По аналогичным причинам выходят из строя пусковая аппаратура и защитные устройства.
Заводы-изготовители гарантируют надежную работу своего оборудования только до высоты 1500 м. Ставится вопрос о создании карьерного автотранспорта в специальном высокогорном исполнении. Дизельные машины должны снабжаться турбонаддувом и мощными вентиляторами для предотвращения перегрева. Перспективно также использование в дизельных двигателях высотных коллекторов, автоматически регулирующих цикловую подачу топлива в зависимости от высоты над уровнем моря.
Столь же отрицательное влияние на людей и работу карьерного автотранспорта оказывают жара и пыльные бури. При пыльных бурях в воздухе содержится большое количество твердых абразивных частиц, истирающих и загрязняющих материалы, контактирующие и трущиеся поверхности (особенно подшипники), обмотки и коллекторы электромашин. Условия эксплуатации автомобильного транспорта на горных карьерах характеризуются и рядом других специфических особенностей: - пункты складирования полезного ископаемого и вскрышных пород располагаются, как правило, в нижней части карьера, что предопределяет основное направление грузопотоков сверху вниз под уклон; - величина продольного уклона автодорог достигает 12-18 %, а количество поворотов на трассе 5-7. Средневзвешенный уклон постоянных карьерных автодорог в условиях нагорных карьеров составляет 7-8 %, при этом длина участков с уклонами 10-18 % достигает 30-35 % от общей протяженности автодорог (табл. 1.1) [38].
Анализ полученных результатов показывает, что при повышении уклона от 5,5 до 9,1 % время движения груженого автосамосвала возрастает на 22 %, порожнего — на 12 %, а время цикла увеличивается на 12,5 %, в" результате производительность снижается на 11 %.
Одним из важнейших параметров, определяющих производительность карьерного автотранспорта, является скорость движения. Движение автосамосвалов с грузом на нагорных карьерах осуществляется сверху вниз. Такая организация транспортных работ не позволяет реализовать скоростные возможности автосамосвалов в грузовом направлении по условиям безопасности движения и препятствует достижению наибольшей конструктивной скорости в порожняковом направлении.
Движение автомобилей с грузом под уклон осуществляется в режиме торможения двигателем, замедления гидрозамедлителем и частично притормаживания колодочными тормозами. Скоростной режим при этом сочетает в себе свободное скатывание и замедленное движение. Средние скорости движения на спуск в условиях, например, Северо-Западного карьера Азербайджанского ГОКа, в зависимости от величины продольного уклона варьируются в пределах 15,4-23,6 км/ч для груженых и 17,7-24,8 км/ч для порожних автомобилей [37, 38].
Предельные уклоны автодорог по условиям устойчивости и допустимых нагрузок на автошины
Теоретически предельный уклон продольной устойчивости большегрузных автосамосвалов с колесной формулой 4x2 составляет при движении на подъем 26,8 — 43,5 %, на спуск — 25,5-41,8 %. Для автомобилей с колесной формулой 4x4 этот показатель равен, соответственно, 51,3 и 20,6 %. При минимально допустимом по условию безопасности коэффициенте сцепления колес с покрытием, равном 0,4, значение предельного угла наклона трассы уменьшается на 10-12 % по сравнению с теоретическим значением. Таким образом, предельная величина уклонов карьерных автодорог по условию устойчивости автосамосвалов составляет: на подъем — 23,6-38,3 %, на спуск — 22,4-36,8 % - для автосамосвалов с колесной формулой 4 2; на подъем — 45,1%, на спуск- 18,1% -для автосамосвалов с колесной формулой 4x4 [37]. При движении автосамосвалов на уклонах происходит перераспределение нагрузок. В случае движения на подъем нагрузка на заднюю ось увеличивается, а на переднюю уменьшается. Соответственно, при движении на спуск возрастает нагрузка на переднюю ось, а на заднюю снижается. Установлено, что превышение нагрузки на шину на 10 % от номинальной снижает ее ходимость на 25-30 %, а превышение нагрузки на 30-40 % снижает срок службы шин, соответственно, на 40- 60 % [38]. Поэтому при определении максимального уклона карьерных автодорог по допустимой нагрузке на шины большегрузных автосамосвалов расчет необходимо производить для перегружаемых осей: при движении на подъем для задней, а на спуск — для передней.
Осевые нагрузки при равномерном прямолинейном движении двухосного автосамосвала на уклоне определяются из условия равновесия системы . Изменение максимально-допустимой нагрузки на шины карьерных автосамосвалов в зависимости от скорости движения [38]: I- область изменений при движении на подъем / = 6ч-12 %; II—то же на спуск С уменьшением скорости движения величина максимально допустимой нагрузки на шины большегрузных автосамосвалов увеличивается. Характер изменения допустимой нагрузки на шины в зависимости от скорости движения для расстояний транспортирования до 4 км и температуры окружающей среды до 25С представлен на рис. 2.5 [38].
Скорости движения карьерных автосамосвалов в значительной степени определяются величиной продольного уклона автодорог. На основании результатов экспериментальных исследований и тягово-динамических расчетов установлено, что для груженых автомобилей грузоподъемностью 30-180 т с удельной мощностью 4,9-5,7 кВт/т скорости движения на внутрикарьерных магистральных автодорогах со щебеночным покрытием в диапазоне уклонов от 0 до 10 % находятся в пределах 8-30 км/ч. При движении на подъем скорость автосамосвалов ограничивается тяговыми возможностями, на спуск — безопасностью движения . С учетом закономерностей изменения максимально допустимой нагрузки на пшны от скорости движения определено ограничение нагрузки на оси карьерных автосамосвалов.
Сравнивая значения предельных осевых нагрузок, определяемых по допустимым для данной скорости движения нагрузкам на шины, с нагрузками на оси от перераспределения полной массы автомобиля на уклоне, установлены максимальные уклоны карьерных автодорог, на которых автосамосвалы могут эксплуатироваться без перегруза шин.
В результате проведенных исследований определено, что величина продольного уклона по допустимой нагрузке на шины при движении на подъем груженых автосамосвалов со скоростями 12—14 км/ч может достигать 16-20 %, а на спуск - 9-17 % [38].
Основным фактором, ограничивающим применение современных большегрузных автосамосвалов с дизель-электрическим приводом в глубоких карьерах является перегрев тяговых генераторов и электродвигателей мотор-колес. На отечественных карьерах эта проблема четко обозначилась в середине 80-х годов и была связана с массовым внедрением дизель-электрических автосамосвалов БелАЗ-7519 и HD-1200. К указанному времени глубина многих карьеров, отрабатываемых с применением автомобильного транспорта, достигла 200-400 м (карьер Ковдорского ГОКа, карьеры АК «АЛРОСА», Карагайский карьер комбината «Магнезит» и др.). Предотвращение выхода из строя автосамосвалов по причине перегрева тяговых генераторов и двигателей мотор-колес на практике осуществлялось за счет ограничения высоты подъема горной массы, снижения загрузки автосамосвалов, устройства площадок отстоя на определенных участках трассы для охлаждения тягового электрооборудования и устройства внутрикарьерных складов для перегрузки горной массы из автосамосвала в автосамосвал. Все перечисленные технические и технологические решения не имели детального научного обоснования, требовали значительных капитальных вложений и эксплуатационных затрат и приводили к снижению производительности автотранспорта. Такое положение определило необходимость научного обоснования предельных параметров трасс по условию допустимого нагрева тягового электрооборудования дизель-электрических автосамосвалов.
Определение оптимальных уклонов автодорог по расходу топлива для автосамосвалов с гидромеханической и электромеханической трансмиссиями
Удельный расход топлива груженых и порожних автосамосвалов (г/км) при движении на горизонтальном участке трассы или на подъем (і 0) и работе двигателей в тяговом режиме определяется из выражения 3,67 ,. (33) где G — грузоподъемность автосамосвала, т; Ga - собственная массы автосамосвала, т; кг - коэффициент использования грузоподъемности; coQ - коэффициент сопротивления качению; / - уклон участка трассы; г]а - коэффициент полезного действия трансмиссии автосамосвала; gu - удельный расход топлива при номинальной нагрузке двигателя, г/кВт-ч. В общем случае высота подъема горной массы определяется по выражению #п =1000//, где Нп - высота подъема горной массы, м; / - протяженность автодороги с уклоном /, км; / — уклон автодороги. Разделив выражение (3.3) на 1000/zG при / = 1 км и кг = 1,0, получим -з (со 2,725.10-ля„(Ат+1) Р kJ У, (3.4) V а где Р — удельный расход дизельного топлива груженым автосамосвалом при подъеме 1 т горной массы на 1м, г/тм; к г - коэффициент тары автосамосвала. К.п.д. трансмиссии автосамосвалов с дизель-электрическим приводом (ЭМТ) при движении на подъем определяется Ла ЛвЛгЛдЛр, (3-5) где гін - коэффициент, учитывающий потери мощности на вспомогательные цели (вентиляция двигателя, воздухоочистка и выхлоп, привод насосов рулевого управления, тормозной системы и опрокидывающего механизма, обдув генератора, выпрямителя и тяговых электродвигателей мотор-колес); Лг- к.п.д. генератора; цд - к.п.д. тяговых электродвигателей мотор-колес; т]р - к.п.д. редуктора мотор-колес.
Для автосамосвалов с электромеханической трансмиссией (ЭМТ) Ла является величиной переменной, зависящей в тяговом режиме от силы тока (нагрузки) и определяющейся соотношением электрических, магнитных и механических потерь в генераторе и тяговых электродвигателях мотор-колес .
Удельный расход топлива при номинальной нагрузке двигателя (gH) является паспортной величиной, характеризующей фактический расход топлива для получения 1 кВт полезной энергии. Для дизельных двигателей, применяемых на автосамосвалах Белорусского автозавода, gH = 210- 236 г/кВт-ч, а эффективный КПД двигателя гь 35,1-5-39,4 %. Вместе с тем, удельный расход топлива g„ также не является величиной постоянной, а зависит от степени использования мощности двигателя и числа оборотов, которые, в свою очередь, определяются суммарным сопротивлением движению (о)0 +0-На рис. 3.1 представлена зависимость gH =/(ш0 + і ), полученная на основе топливной характеристики автосамосвала.
Движение порожних автосамосвалов на спуск осуществляется в тормозном режиме ( 0). В этом случае удельный расход дизельного топлива определяется по выражению где Рп — удельный расход дизельного топлива порожним автосамосвалом при движении на спуск, г/т-м; G - грузоподъемность автосамосвала, т; vn, — скорость порожнего автосамосвала на спуске с уклоном і, км/ч; gx — удельный расход топлива при движении порожних автосамосвалов в тормозном режиме, кг/ч.
При движении порожних автосамосвалов на спуск правая часть уравнения (3.9) (Рп) составляет не более 5-7 % от общего расхода (Р). Также в диа Руководство по установке системы контроля расхода топлива FMS. Издательство фирмы «Omnicomm», 2005.-48 с. пазоне реально рассматриваемых уклонов (/ = 6-Н2) можно принять gu const. Поэтому для приближенных расчетов при определении оптимальных по энергетическому критерию уклонов можно воспользоваться лишь правой частью уравнения (3.9), исследовав ее на экстремум.
Зависимости удельного расхода дизтоллива автосамосвалами при работе на подъем горной массы (Р) от уклона автодороги (й и коэффициента сопротивления качению (о 0): а-БелАЗ-7519 (110 т); б-САТ-785 (130 т) с многоступенчатой ГМТ; в - БелАЗ-75308 (200 т); [ - области минимальных значений Р Для автосамосвалов с многоступенчатой гидромеханической трансмиссией тіа const. Вследствие этого изменение удельного расхода дизтоплива определяется зависимостью gH =/(а)0 + /) Зависимости изменения удельного расхода топлива от уклона имеют менее выраженный экстремальный характер, а оптимальные уклоны по энергетическому критерию на 15-20 % выше, чем у автосамосвалов с ЭМТ (рис. 3.1, б). Это в наибольшей степени проявляется в глубоких карьерах при работе автосамосвалов в качестве магистрального транспорта.
Увеличение уклона автодорог на глубоких горизонтах происходит и по технологическим причинам. При интенсивном ведении горных работ в огра ничейном пространстве глубинной зоны по технологическим и организационным условиям мы не в состоянии обеспечить такое же качество дорожного покрытия, как и на нерабочих бортах карьеров. В то же время стесненность рабочего пространства ведет к увеличению уклона вскрывающих выработок для подготовки новых горизонтов. Если раньше этот факт воспринимался как сугубо отрицательный, то сейчас он получил объяснение с позиций энергетической теории.
При ухудшении качества дорожного покрытия (увеличении 0)0) возрастают удельные энергозатраты и система выходит из равновесия. Увеличение уклона противодействует этому, так как сокращает длину съездов с повышенным сопротивлением качению.
Технологические аспекты применения повышенных уклонов при эксплуатации карьерного автотранспорта
Проблема дополнительного разноса бортов карьеров для размещения вскрывающих выработок является одной из наиболее актуальных проблем разработки глубокозалегающих месторождений полезных ископаемых открытым способом. Объемы дополнительного разноса бортов на нагорно-глубинных карьерах составляет миллиона и десятки миллионов кубометров вскрышных пород. Это обусловлено тем, что размещение вскрывающих выработок ведет к выполаживанию бортов карьера по сравнению с их устойчивыми значениями. Особенно это характерно для карьеров с небольшой длиной дна, в которых уменьшение протяженности уступов с глубиной происходит наиболее интенсивно. Увеличение уклонов автодорог позволяет сократить дополнительной разнос бортов от размещения транспортных коммуникаций и повысить экономические показатели открытого способа разработки.
Формула (4.28) не учитывает кривизны борта, то есть того факта, что протяженность верхних горизонтов значительно больше протяженности нижних горизонтов, и, соответственно, длина разноса верхних горизонтов значительно превышает длину съездов, расположенных над ними на нижних горизонтах. Чем больше кривизна борта, тем больше разница между длиной съезда и длиной разноса участков верхних горизонтов, расположенных над этим съездом [104].
Анализ современных методов расчета дополнительного разноса бортов карьеров показывает, что наиболее приемлемым из них является метод, разработанный канд. техн. наук Г. Г. Саканцевым (ИГД УрО РАН) [104].
При петлевой, тупиково-поступательной или другой сложной криволинейной форме трассы длина разноса борта определяется как сумма отдельных длин, рассчитанных для простых участков трассы. Для прямолинейных участков они находятся по формуле (4.28), для криволинейных - по формулам (4.29) - (4.33) [104].
Вместе с тем приведенный аналитический метод хоть и является универсальным, но характеризуется большой трудоемкостью и низкой точностью. При выполнении исследований строились объемные модели карьеров в системе AutoCAD с различным уклоном вскрывающих выработок, рассчитывались объемы вскрыши в конечных контурах карьера и производилось сравнение этих объемов. Так, при увеличении уклонов вскрывающих выработок с 8 % (проектный вариант) до 10 % на карьере «N» АК «АЛРОСА» при конечной глубине 300 м сокращение объемов вскрыши составляет 8,2 млн. м , т. е. 13,4 % от общих объемов в контуре. Разница в погоризонтных объемах вскрыши изменяется от 0-3 % на нижних горизонтах до 10,3-20,3 % - на верхних и средних.
Нк - конечная (проектная) глубина карьера; уз, yi - угол откоса нерабочего борта карьера соответственно при уклоне вскрывающих выработок /?и й (Іі і"і); //„-глубина перехода на повышенный уклон i?, h„ - высота переходной зоны; р - угол откоса рабочего борта; Д V — сокращение объема разноса бортов карьера от размещения транспортных коммуникаций
Эффективность перехода на повышенные уклоны в значительной степени определяется технологической схемой перехода. В процессе исследований были рассмотрены две наиболее распространенные схемы (рис. 4.1).
При схеме А нерабочий борт карьера формируется под углом уь соответствующим руководящему уклону вскрывающих выработок ix. Положение нерабочего борта на конец разработки соответствует линии АБО. При достижении глубины карьера #„ мы принимаем решение о переходе на повышенный уклон і2 (Ь г ]). Новое положение нерабочего борта АБСО будет соответствовать углу погашения у2(уг Yi). Образуется переходная зона ВС высотой hn, которая представляет выположенный участок нерабочего борта.
К достоинствам схемы можно отнести простоту ее реализации на практике, возможность принятия решения о переходе в любой период разработки карьера, а также возможность организации внутреннего отвалообразования в переходной зоне при вывозке вскрышных пород с глубоких горизонтов.
При схеме В отсутствует переходная зона. Нерабочий борт формируется по линии ЕСО, причем верхняя часть нерабочего борта ЕС отстраивается под углом у,, соответствующим уклону її, а нижняя часть СО - под углом у2, соответствующим УКЛОНУ І2 К достоинствам схемы можно отнести то, что с глубиной карьера (глубиной перехода на повышенный уклон) сокращаемые объемы вскрыши падают медленно, что позволяет получать ощутимый эффект даже при значительной глубине перехода.
R недостаткам схемы следует отнести ограниченность ее применения стадией проектирования или первоначальной стадией разработки, когда нерабочие борта карьера не вышли на предельный контур.
В научно-технической литературе существует мнение, что переход на повышенные уклоны связан с удорожанием транспортных работ [104]. Это не всегда верно. Действительно, если повышенный уклон находится в пределах /опт і /пред , это приводит к увеличению себестоимости транспортных работ. Но удорожание может быть компенсировано сокращением объемов перевозок за счет уменьшения объемов разноса борта от размещения транспортных коммуникаций.
Как видно, эффективность перехода на повышенные уклоны определяется сокращаемыми объемами вскрыши (ДКВ), объемом перевозок автотранспортом (Qx) и экономическими показателями \Сп, Ст, СТг J.
Зависимости (4.34) - (4.37) предназначены для предварительной оценки эффективности перехода на повышенные уклоны. Окончательное решение необходимо принимать на основе детальных технико-экономических расчетов по сумме дисконтированных капитальных и эксплуатационных затрат за срок эксплуатации карьера.
Величина уклона вскрывающих выработок оказывает существенное влияние на интенсивность ведения открытых горных работ. Это, в первую очередь, обусловлено сокращением объемов вскрывающих и горноподготовительных выработок и времени подготовки новых горизонтов. Установлено, что увеличение уклона автодорог с 8 до 14 % позволяет увеличить возможную скорость углубки в 1,18-1,33 раза .
На примере Чинейского ГОКа проведено технико-экономическое сравнение автомобильных трасс с уклонами 6, 8, 10 и 12 % для автосамосвалов БелАЗ-7512 (120 т) (перевозки руды) и БелАЗ-7530 (200 т) (транспортирование вскрыши) с электромеханической трансмиссией. Чинейское месторождение титаномагнетитовых ванадийсодержащих руд занимает территорию размером 3x2 км в сложных горных условиях с абсолютными отметками рельефа в пределах карьера от +1650 м до +2150 м. Косогорность рельефа на площади карьера колеблется от 7 до 45. 3. Эффективность перехода на повышенные уклоны в значительной степени определяется технологической схемой перехода. В результате исследований обоснованы две технологические схемы, отличающиеся динамикой сокращаемых объемов вскрыши, и установлены области их применения. Схему без переходной зоны рекомендуется применять на стадии проектирования, схему с переходной зоной — на стадии эксплуатации карьеров. 4. Глубина и эффективность перехода на повышение уклона определяется величиной сокращаемых объемов вскрыши, объемом перевозок автотранспортом, а также экономическими показателями — себестоимостью транспортирования горной массы автосамосвалами и себестоимостью вскрыши. Предложен аналитические формулы для предварительной оценки эффективности перехода на повышенные уклоны. 5. На примере Чинейского ГОКа проведено технико-экономическое сравнение автомобильных трасс с уклонами 6, 8, 10 12 % для автосамосвалов БелАЗ-7512 и БелАЗ-7530. Установлено, что увеличение уклона с 7-8 % (проектный вариант) до 10-12 % позволит сократить затраты на разработку на 6,7-11 %. Рекомендовано увеличение уклона автодорог при движении груженых автосамосвалов на подъем до 10 %, на спуск - до 12 %.
