Особенности применения грузовых подвесных дорог на открытых горных работах

А.Н.Земсков, д.т.н., И.Г.Полетаев, Пермский проектно-конструкторский
и экспериментальный институт горного и нефтяного машиностроения

В настоящее время в мире открытым способом добывается более 50% полезных ископаемых, в т.ч. 100% строительных материалов, флюсового и огнеупорного сырья, формовочных песков, сырья для керамики, 75% химического сырья, 70% угля, 60% руд черных и 50% цветных, редких и радиоактивных металлов [1].

За последние годы во многих развитых странах мира усилилось внимание к грузовым подвесным канатным дорогам (ГПКД), которые с успехом используются для транспортировки отбитой горной массы при отработке месторождений полезных ископаемых открытым способом [2–5].

Грузовые подвесные канатные дороги обеспечивают наименьшую стоимость перевозки руды по сравнению с другими видами транспорта при наименьших капитальных и эксплуатационных затратах (табл. 1).

Наибольшее распространение в мире получили двухканатные кольцевые дороги (рис. 1, табл. 2), производительность которых достигает 650 т/ч.

Одноканатные кольцевые дороги (рис. 2), в которых совмещены опорные и тяговые функции каната, по сравнению с двухканатными дорогами имеют более ограниченные возможности применения и более низкую производительность (до 300 т/ч).

При небольших расстояниях перемещения и малых объемах 190 т/ч обслуживаемых грузопотоков применяются маятниковые канатные подвесные дороги с колебательным или маятниковым движением (рис. 3). Такие дороги сооружаются преимущественно в горных местностях для доставки руды, камня, леса, сена и т.д. Подразделяются они на однопутные и двухпутные и выполняются по типу двухканатных дорог с раздельным несущим и тяговым канатами. Однопутная маятниковая дорога имеет один несущий канат и одну вагонетку наглухо соединенную с тяговым бесконечным канатом.

Двухпутная маятниковая дорога имеет два несущих каната и две вагонетки по одной на каждом канате, соединенная с общим тяговым канатом и расположенная так, что когда одна вагонетка находится на погрузочной станции, другая находится на разгрузочной станции. Грузоподъемность вагонеток маятниковых дорог колеблется в очень широких пределах, достигая 8 т при перевозке сыпучих грузов и 25 т при перевозке тяжелых штучных грузов.

Помимо рассмотренных канатных подвесных дорог разработана трехпутная грузовая подвесная канатная дорога (рис. 4), которая пока не нашла применения. Имеется также отвальная ГПКД и канатные подвесные дороги конвейерного типа, а также переносные канатные подвесные дороги.

В канатных дорогах конвейерного типа вагонетки (ковши), прикрепленные к тяговым канатам автоматически (без отключения от канатов) проходят приводной и натяжной шкивы (без отключения от канатов), загружаясь и разгружаясь во время движения. Рассматриваемые дороги могут иметь угловые станции с минимальными радиусами кривых ~18 м.

Переносные разборные канатные подвесные дороги применяются для обслуживания временных работ, имеют легкие конструкции, простоту операции сборки и разборки, удобство перевозки, переноски. Переносные разборные подвесные канатные дороги выполняются по типу двухканатных и одноканатных стационарных дорог, могут иметь кольцевое или маятниковое движение вагонеток, концевые станции и промежуточные опоры переносных дорог составляются из отдельных элементов, вес которых не превышает 80 кг.

Оптимальные параметры ГПКД представлены в табл. 3.

Для определения оптимальных областей применения грузового подвесного канатного транспорта авторами настоящей статьи были проанализированы технические параметры 14 действующих в России ГПКД.

Интерполяция и экстраполяция данных позволила установить зависимости искомых характеристик производительности Р и объема вагонетки V от длины доставки L и мощности привода N, а также от комбинированного показателя P · L.

Зависимость производительности Р от длины доставки L выражена уравнением (1) с коэффициентом парной корреляции R равным 0.5:

        (1)

Зависимость объема применяемых вагонеток V от длины доставки L выражена уравнением (2) с коэффициентом парной корреляции R = 0.61:

        (2)

Зависимость мощности привода N от комбинированного показателя P · L выражена уравнением (3) с коэффициентом парной корреляции R = 0.51:

        (3)

Нами также дополнительно установлена зависимость эксплуатационной производительности Рэ от годового объема перевозимого груза Qг, которая выражена уравнением (4) с коэффициентом парной корреляции R = 0.84:

        (4)

Приведенные уравнения характеристик позволяют рассчитать необходимые параметры ГПКД для одного приводного звена длиной 1.8–8 км.

Как было показано выше, максимальная производительность ГПКД за рубежом выросла до 600–650 т/час. Сегодня требуется еще большее увеличение этого показателя. Известные фирмы «РНВ» и «РНВ Weserhuttle» (Германия) проводят исследования и продолжают работать над созданием канатных дорог производительностью 1500–2500 т/час [3]. Теоретические разработки показали, что такую производительность можно достичь лишь при условии создания абсолютно новой конструкции автоматизированных дорог. Их суть заключается в использовании облегченных вагонеток большой вместимости. Благодаря расположению несущих канатов по обе стороны вагонеток возможны более высокие скорости движения, а, следовательно, и более высокая производительность.

Часовая производительность является исходной величиной при расчете двухканатных подвесных дорог, по этой величине производится выбор грузоподъемности вагонеток. Применительно к выбранной грузоподъемности определяется затем собственный вес вагонетки.

Одной из проблем является интенсивный износ проволочных канатов, на которые приходится 20–22% всей стоимости ГПКД, а другой – сокращение сроков строительства всех типов канатных дорог.

Сотрудники ЗАО «ПКИ Горнефтемаш» совместно с ОАО «Союзпроммеханизация» активно работают над созданием и изготовлением нового поколения ГПКД для открытых горных работ. При усовершенствованном варианте будут значительно (в 1.7 раза) сокращены сроки строительства и основные расходы на выполнение строительных, монтажных и пусконаладочных работ. На 70% уменьшится расход металла, цемента и будет обеспечена безопасная эксплуатация работ с низкими капитальными и эксплуатационными расходами. По сравнению с известными аналогами предлагаемые модульные ГПКД обеспечивают погрузку сыпучих материалов сразу с нескольких участков открытых горных работ и доставку их либо на один стационарный склад, либо на несколько складов (отвалов), а в сочетании с дробильно-сортировочным оборудованием получение рядового и сортовых углей различных классов (0–300 мм, 0–600 мм и др.). ГПКД могут эксплуатироваться до 40 лет, при сложном рельефе местности в суровых климатических условиях при температуре от –60°C до +50°C. При освоении производства модернизированного оборудования для всех типов канатных дорог на одной линии опор можно обеспечить увеличение в 2 и более раз объем перевозок угля, руды, породы, строительных материалов и других полезных ископаемых, что позволит увеличить мощность предприятий и количество ГПКД для перевозки грузов на открытых горных работах по кратчайшему пути с низкими капитальными, энергетическими и эксплуатационными затратами.

Журнал "Горная Промышленность" №5 2004