Конструктивные схемы гусеничных самосвалов для работы в карьерах с повышенными уклонами выработок

П.И.Тарасов, А.В. Глебов, В.О.Фурин, А.Г.Ворошилов, ИГД УрО РАН (Екатеринбург), С.В.Лобанов, ФГУП «КБТМ» (Омск), В.М.Неволин, ФГУП «УКБТМ» (Нижний Тагил)

Эффективность открытого способа разработки возрастает при интенсивной углубке рабочей зоны и при минимальном объеме разноса бортов карьера. При этом становится целесообразным вовлечение в сферу открытой разработки месторождений, залегающих на глубине 600 м и более. Не менее важной задачей является продление срока службы карьеров, достигших своей проектной глубины при использовании традиционной горной техники, а также переход от открытого способа разработки к подземному без остановки добычных работ и существенного снижения производительности обогатительных фабрик.

Для решения задач выбора транспортного оборудования в карьерах различной глубины, а также на различных стадиях их отработки, специалистами ИГД УрО РАН предложена систематизация карьеров по глубине и по типам применяемого транспортного оборудования [1, 2]. В соответствии с ней, в частности, карьеры глубиной от 400 м до 600 м отнесены к сверхглубоким, а глубиной более 600 м - к суперглубоким. Вместе с этим для сверхглубоких карьеров рекомендуются специальные колесные автосамосвалы, способные работать на уклонах 80-120%, а для суперглубоких карьеров - гусеничные самосвалы, при уклонах до 360%.

По данным института «Якутнипроалмаз» на ряде кимбер-литовых месторождений в Западной Якутии и Архангельской области, а также в Анголе, где имеются горнодобывающие активы АК «АЛРОСА», формируются технико-технологические условия, вполне благоприятные для производства углубочных работ и отработки уступов в придонной части карьеров по новой технологии - с применением самосвалов на гусеничном ходу.

Новая технология позволит значительно сократить объем вскрышных работ в контурах отрабатываемых карьеров, а также повысить предельную глубину открытых горных работ за счет формирования зоны интенсивной углубки (рис. 1).

В настоящее время горные работы на карьерах Западной Якутии ведутся на глубинах от 30 до 500 м (средневзвешенная глубина 176 м). К 2010 г. открытые горные работы достигнут глубины 600 м и, вероятно, будут понижаться до глубин 700-760 м [3].

Переход на подземный способ добычи алмазов требует больших затрат на строительство шахтных комплексов. Такие затраты могут быть частично компенсированы доработкой запасов полезного ископаемого на участках, не вошедших в проектный контур карьера, а также на карьерах, где
проектная глубина уже достигнута, но может быть увеличена при условии применения новых технологических решений за счет использования нетрадиционного погрузочного и транспортного оборудования.

Основные факторы, характеризующие условия ведения работ в зоне интенсивной углубки:

- ограниченная ширина и крутые (до 360%) уклоны транспортных коммуникаций;

- отсутствие специального дорожного покрытия;

- стесненность и обводненность рабочей зоны, близость к взрываемым блокам;

- увеличение прочностных показателей пород по глубине залегания;

- недостаточная эффективность мер по проветриванию и вентиляции, и как следствие, сильная загазованность рабочей зоны.

На алмазодобывающих карьерах Якутии к общим влияющим факторам добавляется ряд уникальных особенностей:

- отдаленность района месторождений от промышленно-развитых регионов;

- жесткие климатические условия с огромными перепадами сезонных температур;

- слабая несущая способность основания автодорог из-за сезонного оттаивания многолетней мерзлоты;

- отсутствие ветра в безоблачную морозную погоду.

Общеизвестно, что автосамосвалы жесткорамной конструкции грузоподъемностью 40-55 т основных мировых производителей могут работать на уклонах до 120%. Преодоление более крутых уклонов технически возможно лишь на коротких участках. На удлиненных затяжных подъемах двигатель и трансмиссия самосвала работают на предельных режимах, при которых снижается надежность и выходят из строя узлы машины, повышается износ шин, возрастает расход топлива. Как следствие - скорость транспортирования падает, а эксплуатационные затраты растут. Снижение устойчивости, ухудшение видимости и невозможность движения на уклонах задним ходом автосамосвалов - остро ставят вопросы безопасности.

Самосвалы с шарнирно-сочлененной рамой способны преодолевать более крутые уклоны: по данным производителей - до 34° (680%). Однако, с увеличением уклона дороги на обледенелом грунте ухудшается сцепление колеса с опорной поверхностью, снижается поперечная и продольная устойчивость автомобиля. Существующие тормозные системы самосвалов не обеспечивают безопасное движение по узким транспортным бермам, особенно по съездам под уклон и на подъем.

Преимуществом самосвалов с шарнирно-сочлененной рамой является хорошая маневренность в стесненных условиях, сравнительно малый радиус разворота. Однако общие (с жесткорамными самосвалами) недостатки - снижение устойчивости, ухудшения видимости, невозможность движения на уклонах задним ходом - также остро выдвигают на первый план вопросы безопасности их эксплуатации.

Как показывает практика, увеличение уклона дорог на некоторых карьерах не только снижает объемы горно-капитальных работ и сокращает расстояние транспортирования, но и приводит к увеличению объема добываемой руды. Повышение уклона сокращает длину транспортной бермы, в результате чего увеличивается вскрываемая площадь рудного тела на конечной глубине карьера.

Исследования института «Якутнипроалмаз» показали: при существующих контурах верхних горизонтов и принятых по условию устойчивости углах откоса уступов карьера за счет увеличения продольного уклона транспортной бермы на карьере «Удачный» можно значительно нарастить объем добываемой руды из запасов, лежащих ниже проектной отметки дна карьера, а также с вовлечением в добычу целиков транспортных берм и бортов, не вошедших в проектный контур. Реализация такого способа может обеспечить ещё несколько лет работы ГОКа [3].

Для эффективной работы в сложных горно-технических условиях возникает необходимость создания нового типа карьерного самосвала на гусеничном ходу, в том числе с кузовом на поворотной платформе.

Ниже перечисленные основные преимущества гусеничного движителя (перед колесным) позволят самосвалу успешно производить транспортировку горной массы из забоя до перегрузочных пунктов или складов:

- высокие тягово-сцепные характеристики смогут обеспечить преодоление крутых уклонов на номинальных режимах работы двигателя и трансмиссии при сравнительно высоких скоростях движения;

- высокая проходимость и приспособляемость гусеничного хода самосвала к неровностям дороги способны полностью исключить затраты на ее подготовку и специальное покрытие;

- характерная для машины на гусеничном ходу маневренность обеспечит минимальное время на обмен самосвала под погрузку и на разгрузку;

- сравнительно низкое удельное давление на грунт обеспечит более безопасное перемещение по узким транспортным магистралям.

Полноповоротная платформа с установленным на ней кузовом позволит:

- исключить разворот машины, и, как следствие, сократить потери энергии и износ элементов ходовой части.

- устанавливать кузов под погрузку с минимальным временем на маневрирование;

- исключить движение самосвала задним ходом;

- отказаться от традиционных для колесного автотранспорта схем подъезда под погрузку и исключить работы по подготовке и поддержанию площадки для разворота.

Следует отметить, что такие преимущества будут иметь и гусеничные самосвалы-челноки.

С целью выбора транспорта для работ в зоне интенсивной углубки кимберлитовых карьеров специалистами ИГД УрО РАН проведен анализ (табл. 1) возможности применения: автосамосвалов грузоподъемностью 40-60 т (АС); самосвалов с шарнирно-сочлененной рамой грузоподъемностью 28-45 т (ШСС); скрепер-дозеров (СД) и гусеничных самосвалов (ГС).

Кроме того, для определения степени соответствия машин технологическим требованиям и условиям безопасности в табл. 1 рассмотрена возможность выполнения технологических операций каждым из рассмотренных видов транспорта.

Из табл. 1 следует, что для выполнения транспортных операций в сложных горнотехнических условиях, например, при доработке глубоких придонных горизонтов карьеров, наиболее подходят гусеничные самосвалы.

Как показывает опыт применения скрепер-дозеров на открытых горных работах, машины на гусеничном ходу могут успешно применяться для транспортирования горной массы.

В настоящее время выпуском таких транспортных средств занимается ряд зарубежных фирм:

- Hitachi Construction Machinery Co. Ltd. (Япония) - грузоподъемностью от 1.5 до 11 т (в т.ч. с резиновыми гусеницами) с полноповоротной грузовой платформой и гидростатической трансмиссией;

- Komatsu (Япония) - две модели аналогичных транспортных средств с полноповоротной платформой грузоподъемностью 6 и 11 т;

- Morooka Co. Ltd. (Япония) - несколько моделей грузоподъемностью от 1.5 до 15.5 т, с гидростатической трансмиссией и неповоротной платформой;
- Richard Larrington Ltd. (Великобритания) производит самосвал LT400 Predator грузоподъемностью 20 т с гидростатической трансмиссией и неповоротной платформой (для транспортировки торфа); и другие производители.

Мировая горнодобывающая промышленность пока не имеет опыта использования гусеничной техники в качестве карьерного технологического транспорта. А так как представленные зарубежные образцы гусеничной техники спроектированы и изготовлены без учета сложных горнотехнических условий карьеров, применение их в качестве карьерного транспорта не представляется эффективным.

Следует отметить, что для условий использования в углу-бочных комплексах необходимы карьерные гусеничные самосвалы грузоподъемностью не ниже 30 и 40 т. Поэтому машины, спроектированные и изготовленные для строительных работ, без соответствующих конструктивных доработок в карьерах использоваться не могут.

Отечественными предприятиями самосвалы на гусеничном ходу пока не выпускаются. Однако же, по техническому заданию ИГД УрО РАН, согласованному с разработчиками технологии углубочных работ и транспортными подразделениями ГОКов Якутии (подробно читайте в статье на стр. 75), ведущие специализированные фирмы России разработали первые технические предложения.
В частности, ФГУП «КБТМ» (Омск), ФГУП «УКБТМ» (Нижний Тагил) представили предложения на создание гусеничных самосвалов грузоподъемностью 30 и 40 т, основные технические характеристики которых приведены в табл. 2 [5, 6].

Самосвал, оснащенный дизельным двигателем мощностью 1000 л.с., гидромеханической трансмиссией, открытым малоопорным гусеничным ходом создан на базе гусеничного транспортера, выпускаемого в настоящее время ФГУП «КБТМ». Конструктивно возможна реализация схемы как с боковой, так и задней разгрузкой: выбор схемы будет зависеть от размеров площадки перегрузки и способа перегрузки. В зависимости от технологических параметров конкретного карьера (ширина транспортной бермы, уклон, размеры заходок) самосвалы могут оборудоваться поворотной платформой, что, несомненно, усложняет конструкцию, но делает машину более маневренной и технологически удобной.

Нижнетагильское ФГУП «УКБТМ» предложило гусеничный самосвал грузоподъемностью 40 т с полноповоротной платформой, с дизелем мощностью 1000 л.с. и гидростатической трансмиссией, на закрытом балансирном гусеничном ходе (см. рис. на стр. 71). Конструкция опорно-поворотного устройства аналогична применяемой на строительных гидравлических экскаваторах, производимых этим предприятиям. Вариант гусеничного самосвала с неповоротной платформой и задней разгрузкой снижает собственную массу машины и позволяет довести ее грузоподъемность до 43 тонн.

Гусеничный самосвал-челнок грузоподъемностью 40 т оснащен силовой установкой мощностью 2000 л.с., гидромеханической трансмиссией и двумя кабинами (по схеме «тяни-толкай»). При такой компоновке кузов самосвала располагается между двумя кабинами и может иметь только боковую разгрузку. Преимущества данного самосвала особенно проявляются при отработке тупиковых заходок и вскрывающих траншей, в которых он может работать без маневров (разворотов), а также в условиях крутых уклонов, на которых не допускается движение самосвалов задним ходом.

Ресурс дизельных двигателей, предлагаемых отечественных самосвалов 15-10 тыс. машино-часов, ресурс гусеничного хода - 12 тыс. км.

Рассмотренные конструктивные схемы гусеничных самосвалов выбраны с учетом опыта создания специальных гусеничных машин на ФГУП «КБТМ» и «УКБТМ». Поэтому в проектах конструкции гусеничных самосвалов использованы конструктивные разработки, которые успешно применяются на освоенных образцах военной и другой специальной техники.

Технология использования гусеничных самосвалов при доработке карьеров заключается в перегрузке горной массы, доставленной ими из забоев в промежуточный склад, в колесные карьерные самосвалы. При этом склады организуются на горизонтальной площадке капитального автомобильного съезда и оборудуются экскаватором (рис. 2).

Гусеничные самосвалы, наряду с транспортно-доставоч-ным процессом должны выполнять и вспомогательные операции по буксировке оборудования, эвакуации застрявших машин и доставке людей. Несомненно, существует перспектива создания на едином гусеничном шасси семейства унифицированных машин, включающего кроме самосвала, буровой станок, тягач-эвакуатор, дорожно-строительные машины, мобильную мастерскую и сервисную машину (для ТО и Р), транспортеры для перевозки людей и другую технику.

Большие перспективы использования гусеничных самосвалов имеются не только в сверхглубоких карьерах, но и при разработке маломощных и неглубоко залегающих от поверхности рудных тел (например, Алапаевских месторождений хромитовых руд). Их использование позволит отрабатывать залежи полезного ископаемого общей капитальной траншеей, заложенной на полную глубину карьера без разноса бортов, с отстройкой минимальных по ширине предохранительных берм на горизонтах, а также уступов в погашенном состоянии.

По мере исчерпания запасов полезных ископаемых в месторождениях, приуроченных к равнинному рельефу, неизбежен переход к разработке месторождений нагорного типа, расположенных, как правило, в неосвоенных районах. Такие месторождения, представляют собой отдельную и довольно значительную группу перспективных потребителей карьерных самосвалов и других видов горной техники на гусеничном ходу, так как на них возникают значительные трудности в выполнении таких работ, как обу-ривание островерхих скальных обнажений, проходка полутраншей на крутых косогорах [7], на которые не могут подниматься, двигаясь поперек склона, все виды техники в нормальном исполнении.

ЛИТЕРАТУРА:

1. П.И.Тарасов. Перспективы применения комбинированных энергосиловых установок на карьерных автосамосвалах//Геотехнологические проблемы комплексного освоения недр.- Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2004.

2. Специализированные виды автотранспорта для горнодобывающих предприятий. Стратегия создания и области применения. Авт.: В.Л.Яковлев, П.И.Тарасов, А.ГЖуравлев и др. //Горная Промышленность, №№6,2007, с. 44-50.

3. А.Н. Акишев, ВА. Бахтин, Е.В. Бондаренко, С.Л. Бабаскин. Управление развитием рабочей зоны кимберлитовых карьеров//Горная промышленность, 2004, №1. С.53-58.

4. В.И. Еремеев, В.В. Забелин. Влияние продольного уклона дороги карьера «Удачный» на конечный объем добываемой руды//Алмаз, 2004.

5. Пояснительная записка к техническому предложению «Карьерный гусеничный самосвал грузоподъемностью 40 тонн».- Нижний Тагил: ФГУП «УКБТМ», 2005.

6. Пояснительная записка к техническому предложению «Карьерный гусеничный самосвал грузоподъемностью 30 тонн».- Омск: ФГУП «КБТМ», 2005.

7. Ильин СА. Нагорные карьеры мира. Часть 1. Нагорные карьеры дальнего зарубежья. -М: ИАЦ ГН, 1993.-224 стр

Журнал "Горная Промышленность" №2 2008, стр.63