Иcпользование комбайнов послойного фрезерования при строительстве автодорог для большегрузных автосамосвалов на карьерах АК «Алмазы России Саха»

     К.Ю.Анистратов, к.т.н.

Применение автосамосвалов особо большой грузоподъемности определяет повышенные требования к качеству карьерных дорог. От состояния карьерных дорог зависят показатели работы автомобильного транспорта: скорость движения, расход топлива и смазочных материалов, ходимость шин и износ основных узлов и агрегатов автомобиля.

Многочисленные исследования и опыт эксплуатации автосамосвалов на отечественных и зарубежных карьерах показывают, что производительность автотранспорта на дорогах с твердым покрытием на 17% выше, а себестоимость транспортирования на 14-15% ниже, чем на дорогах со щебеночным покрытием.

Исследованиями института “ЯКУТНИПРОАЛМАЗ” доказано, что за счет улучшения состояния дорог можно достигнуть уменьшения расхода топлива на 15-20%.

В настоящее время ходимость шин размером 33.00 на карьере Удачный составляет 35-36 тыс.км, в то время как на карьере Юбилейный аналогичные шины проходят порядка 50 тыс.км, а на разрезах «Кузбассразрезуголь» – 80-90 тыс.км. Столь низкий  срок службы шин на карьере Удачный обусловлен  тяжелым режимом их работы – высота подъема горной массы более 400 м при среднем расстоянии транспортирования 7 км, а также состоянием покрытия автодорог. Неровности дорожного покрытия, возникающие вследствие разрушения слабых пород основания дорог под действием высоких осевых нагрузок, вызывают дополнительные динамические нагрузки на шины, работающие в режиме перегрева при таких подъемах и нередко приводят к их пробою из-за засоренности дороги кусками разрушенной породы. Доля же затрат на шины в затратах на транспортирование горной массы достигает 25-30%.

В условиях карьеров коренных месторождений алмазов задача строительства и поддержания автодорог для автосамосвалов грузоподъемностью более 100 т в условиях многолетнемерзлых слабонесущих пород типа мергелей, алевролитов и аргиллитов является весьма сложной задачей.

Современное состоЯние технологии строительства карьерных автодорог на примере карьера УдаЧнЫЙ    АК АЛРОСА

За многие годы эксплуатации карьерных автодорог на карьерах АК АЛРОСА  выработаны конструкции дорожной одежды, обеспечивающие требуемую работоспособность дорог. Конструирование дорожных покрытий карьерных автодорог основано на принципе обеспечения неизменного состояния многолетнемерзлых пород в основании дорог и сохранения их естественного температурного режима. Дорожная одежда представляет собой многослойную конструкцию земляного полотна, которое должно устраиваться из сортированного материала (доломита, известняка) прочностью свыше 60 МПа размером среднего куска не более 350 мм. При этом технологией возведения дорожных конструкций предусматривается формирование земляного полотна мощностью 1.5-2 м в зимнее время, а слоев покрытия из щебня – с наступлением положительных температур. Однако реализовать эти конструкции при существующей технологии строительства, применяемых средствах механизации и имеющихся строительных материалах в полной мере не представляется возможным по следующим основным причинам:

· Для отсыпки земляного полотна применяется несортированный крупнокусковой материал непосредственно из забоя. Из-за отсутствия фракционных известняков, которые должны обеспечивать равнопрочность конструкции (модуль упругости, так называемого, слоя замены не менее 280 МПа). Это не дает требуемого эффекта. Под воздействием высоких осевых нагрузок происходит разрушение низкопрочных составляющих земляного полотна, что, соответственно, приводит к сильным деформациям дорожной одежды, особенно в первый  период ее эксплуатации.

· Добыча известняков и доломитов, которые представлены прослойками мощностью 4-10 м в общей массе мергелей, при подготовке вскрыши взрывным способом обуславливает разубоживание прочной составляющей низкопрочными. Селективная выемка прочных известняков канатными экскаваторами в условиях карьеров коренных месторождений алмазов технологически невозможна.

· Использование долеритовой скалы, добываемой в шести километрах от карьера Удачный, для устройства слоя замены – земляного полотна, также не дает желаемого эффекта. Эксплуатация земляного полотна ввиду высокой крупности горной массы без покрытия невозможна. В то же время щебеночное покрытие в зимнее время устраивать нецелесообразно по определению.

· Себестоимость долеритовой горной массы достаточно высока вследствие высокого удельного расхода штатных ВВ для разрушения этих пород, значительного расстояния транспортирования долерита до карьера Удачный и относительно низкой эффективности работы ДСУ из-за высокой прочности дробимого материала.

· При существующей технологии ведения горных работ на карьерах коренных месторождений алмазов обеспечение качественными конструктивными материалами для строительства карьерных дорог в достаточном количестве является проблематичным.

· Строительство дорог по рекомендованной технологии, основанной на формировании слоя замены в основании дороги в зимнее время имеющимися средствами механизации – бульдозерно-рыхлительными агрегатами, малоэффективно.

· Планировка и профилирование действующих дорог при отрицательных температурах имеющимися средствами механизации – грейдерами и бульдозерами также малоэффективны.

Таким образом, задача разработки технологии строительства и поддержания дорог на карьерах АК АЛРОСА остается актуальной.

В этой связи предлагается технология, заключающаяся в том, что селективная добыча строительных материалов требуемого качества для формирования слоев дорожной одежды, устройство профиля основания дорог для строительства покрытий постоянных и полустационарных дорог, а также профилирование поверхности карьерных дорог, производится горными комбайнами непрерывного действия фрезерного типа.

Краткое описание предлагаемой технологии

Для решения указанных проблем в конкретных условиях коренных месторождений алмазов Якутии предлагается технологический комплекс по строительству дорог, основанный на использовании горного комбайна непрерывного действия фрезерного типа в качестве дорожной и добычной машины.

Существо предлагаемой технологии заключается в следующем:

·  Для формирования корыта для земляного полотна в массиве многолетнемерзлых пород в период отрицательных температур используется комбайн типа SM (например, фирмы WIRTGEN SM-2100) (рис. 1, 2).

· На селективной добыче полускальных пород прочностью 60-80 МПа используется комбайн типа SM. При этом обеспечивается фракционный состав, полностью удовлетворяющий требованиям конструкции земляного полотна, то есть 10-350 мм (рис. 3). Добыча производится непосредственно на рабочих площадках внутри карьера, где имеется выход соответствующих по качеству пород.

· Погрузка добытого материала ведется в автосамосвалы, которые, в зависимости от план-графика строительства дорог, могут сразу обеспечивать отсыпку земляного полотна в заранее сформированное корыто дороги.

· Часть добытого материала рассеивается на сортировочном узле на стандартные фракции 10-20 мм, 20-40 мм, 40-70 мм. Этот щебень используется в летний период для строительства покрытий дорог.

· Комбайн производит профилирование дорог, как при положительных, так и при отрицательных температурах.

· В комплексе с комбайном работают автосамосвалы грузоподъемностью 40-60 тонн, колесные погрузчики для погрузки добытого материала, бульдозеры и грейдеры для строительства покрытий.

УкрупненнаЯ оценка эффективности предлагаемой технологии

Исходные данные для расчетов:

· Объем горных работ на карьере тр. «Удачная» составляет порядка 35 млн.т год.

· Для транспортирования горной массы используются автосамосвалы грузоподъемностью 120 т и 136 т, на которых применяются шины размером 33.00. Балансовая стоимость шин составляет 12 тыс. долл. США.

· Общая протяженность карьерных дорог порядка 60 км.

· Производительность комбайнов типа SM фирмы WIRTGEN с шириной рабочего органа-фрезы 2100-3700 мм не менее 500-1500 т/ч (производительность принята на основании результатов экспериментальных исследований, проведенных автором статьи на карьере тр. «Юбилейная» при испытании комбайна SM-2600. Горная Промышленность № 1/94).

Выполненные укрупненные расчеты показывают следующее:

· Улучшение состояния автодорог путем профилирования забойных и действующих временных, полустационарных дорог с нежестким покрытием обеспечит снижение расхода топлива на 4-6%. В денежном выражении экономия составит порядка 650 тыс.долл. в год (при стоимости топлива 0.3 долл./л, расходе топлива 120 литров в час, расчетном режиме работы 50-ти автосамосвалов на выходе 20 часов в сутки 365 дней в году).

· Экономия шин составит 6-8%. При месячном расходе для карьера Удачный 60 шин в месяц (720 шин в год, при цене шины 12 тыс.долл.) это обеспечит экономию порядка 50-ти шин, что составит 600 тыс.долл. в год.

· Применение комбайна на добыче известняка приведет к экономии затрат на подготовке строительных материалов по сравнению с добычей долерита и  производства из него щебня. Хотя щебень из долерита можно использовать для устройства верхних слоев покрытий постоянных дорог.

В табл. 1 представлен расчет себестоимости добычи известняков для отсыпки земляного полотна комбайнами фирмы WIRTGEN типа SM-2100, SM-2600, SM-3700. Себестоимость щебня из известняка составляет 1.29-1.54 долл./м3.

· Экономия может быть также достигнута и при строительстве дорог, так как производительность комбайна по мергелям в два-три раза выше, чем по прочным известнякам. В табл. 2 представлен расчет себестоимости выемки слабых пород в основании дорог при устройстве корыта комбайнами фирмы WIRTGEN типа SM-2100, SM-2600, SM-3700. Себестоимость составляет 0.525-0.6 долл./м3.

· Улучшение состояния дорог ведет к повышению производительности автотранспорта. В себестоимости это обеспечивает снижение удельных затрат на амортизацию транспорта.

Таким образом, только по двум составляющим себестоимости – топливу и шинам – можно достичь экономии 1.25 млн.долл. в год. В этом случае окупаемость комбайна типа SM-2100 (табл.1) составит не более двух лет. Балансовая стоимость SM-2100 составит 2.4-2.5 млн.долл. 

Журнал "Горная Промышленность" №5 1998