Перспективы использования грузовых подвесных канатных дорог

Наибольшее распространение грузовые подвесные канатные дороги (ГПКД) получили в горных, пересеченных, труднодоступных местностях, где они обеспечивают перевозки по кратчайшему расстоянию и с наименьшими затратами. Как показывает практика, использование ГПКД в сложных рельефных условиях удешевляет перевозки по сравнению с другими видами транспорта в 10 и более раз.


Грузовые подвесные канатные дороги являются одним из видов промышленного транспорта для перевозки сыпучих полезных ископаемых [1, 2].

При этом подвесные канатные дороги обеспечивают транспортирование любых грузов с использованием минимального количества опорных систем при преодолении водных преград, линий электропередач, сельскохозяйственных угодий, всевозможных массовых застроек и других препятствий. Трассы ГПКД могут быть расположены на высоте до 6 тыс. м над уровнем моря.

К основным факторам, определяющим преимущество ГПКД по сравнению с другими видами транспорта (автомобильным, конвейерным, железнодорожным, пневмоконтейнерным) [3], можно отнести:

-    значительное сокращение дальности перевозки, так как трассы прокладываются по кратчайшему пути между конечными пунктами с допустимым уклоном 45°;

-    бесперебойная работа независимо от погодных условий (за исключением очень сильного ветра);

-    сравнительно низкий объем единовременных капитальных вложений и эксплуатационных расходов, необходимых для строительства и эксплуатации ГПКД;

-    сокращение отводов земельных угодий и предотвращение вырубки крупных массивов леса;

-    стимулирование развития высокогорных районов;

-    исключение загрязнения окружающей среды;

-    снижение шума от работы машин.

В настоящее время ГПКД успешно эксплуатируются во всем мире: как в южных широтах (например, при открытой разработке никеля на о. Новая Каледония), так и на севере, в том числе за Полярным кругом (например, на острове Шпицберген). В Норвегии за Полярным кругом построена канатная дорога «Скороват» длиной 44.5 км для транспортирования пирита. Канатная дорога «Кристенберг Болиден» (Швеция) длиной 96 км служила для транспортирования рудного концентрата. В Чили на высоте 5900 м над уровнем моря с помощью ГПКД перевозят сырую серу. В Индии (штат Бихар) построена восьмисекционная канатная дорога длиной 53.5 км и производительностью 400 т/ч.

Максимальная производительность ГПКД за рубежом достигает 600–650 т/ч. Производительность дорог двухканатного исполнения, действующих в России и СНГ, составляет 400–430 т/ч, одноканатных дорог – до 300 т/ч.

Эксплуатационная долговечность ГПКД исчисляется тридцатью годами и более. Следует отметить, что в последнее время ГПКД становятся в определенных условиях достаточно серьезным конкурентом автомобильному транспорту.

Специалистами фирмы РНВ Weserhuttle (Германия) проведено технико-экономическое сравнение перевозки сыпучих материалов автосамосвалами грузоподъемностью 30 т и подвесными канатными дорогами для довольно типичных условий, выдвигаемых заказчиками: объем перевозки – 1.3 млн.т/год (300 т/ч), расстояние – 10 км, перепад высот между погрузочным и разгрузочным пунктами – 700 м (табл. 1). При этом было установлено, что в отличие от канатной дороги, расстояние транспортирования при которой по прямой «воздушной» линии составит 10 км, грунтовая автодорога будет значительно длиннее (не менее 18 км).

Табл. 1    Сравнительные экономические показатели перевозки грузов ГПКД и автомобильным транспортом

Как следует из данных табл. 1 по первоначальным капвложениям выгоднее вариант с применением грузового автотранспорта. Однако, по приведенным эксплуатационным расходам на транспортирование 1 т материала, несомненное преимущество имеют канатные дороги. Более высокие капвложения на ГПКД оправдают себя уже через 2.5 года. Следует также иметь ввиду дефицит и постоянно возрастающие цены на дизельное топливо (средний грузовой автомобиль расходует почти 3 тыс.т дизельного топлива в год).

При транспортировании грузов с помощью ГПКД под уклон торможение осуществляется посредством двигателя, работающего как генератор, т. е. ток подается в сеть. Но и при транспортировании в гору подвесная канатная дорога – очень экономичный потребитель энергии вследствие небольшого сопротивления передвижению вагонеток. Коэффициент общего трения канатной дороги обычно равен 0.007, а при очень низких температурах его значения не превышают 0.02.

Начало достаточно широкого промышленного использования грузовых подвесных канатных дорог в СССР относится к 1928 году, когда ГПКИ «Союзпроммеханизация» активно включился в их создание и проектирование, а трест «Союзлифтомонтаж» начал активное строительство ГПКД, сдавая по 6–8 объектов в год.

К 1983 г. количество действующих ГПКД достигло 190 шт., объем перевозок составлял до 116 млн.т/год, а общая протяженность линий канатно-подвесного транспорта превышала 450 км. В 1976–1990 гг. были разработаны проекты по увеличению объемов строительства ГПКД. При этом предусматривалось: применение крупноблочного монтажа, использование безъякорного монтажа опор высотой 25–40 м, а также эффективной технологии по установке и подъему в вертикальное положение собранных на земле опор и станций высотой 70–150 м. Кроме того, были усовершенствованы работы по оснастке и растяжке несущих канатов в пересеченной местности, разработана технология применения вертолетов для транспортировки опор в труднодоступной местности с одновременной установкой их на фундамент. Монтаж грузовых канатных дорог длиной 2–2.5 км осуществлялся за один год.

С конца восьмидесятых годов наблюдается спад спроса на ГПКД, который объясняется мощным лоббированием интересов производителей автомобильной техники и конвейерного транспорта, чаще всего зарубежных. Однако в настоящее время благодаря резкому увеличению спроса на пассажирские подвесные канатные дороги возобновляется интерес и к грузовому канатному транспорту.

Организациями, интенсивно занимающимися проектированием и конструированием отдельных узлов ГПКД и канатных дорог в целом в настоящее время являются Пермский проектно-конструкторский и экспериментальный институт горного и нефтяного машиностроения (ПКИ Горнефтемаш), входящий в Западно-Уральский машиностроительный концерн и ОАО «Союзпроммеханизация» (г. Москва). Этими организациями выполнено обоснование применения ГПКД для условий кимберлитовых месторождений Якутии, предложены компоновочные решения узлов для ГПКД длиной 14.5 км, производительностью 500 т/ч с годовой нагрузкой 5 млн.т/год. Трассу предполагается проложить на грунте с вечной мерзлотой. При этом себестоимость транспортировки груза c использованием ГПКД составит примерно 0,673 долл./т при удельных капвложениях 5.5 долл./т.

Сотрудниками ПКИ Горнефтемаш выполнен предварительный расчет эффективности усовершенствованного варианта ГПКД – с ярусным расположением двух ниток дороги на одних опорах. При усовершенствованном варианте основные расходы на строительство ГПКД будут гораздо меньше, чем при строительстве двух отдельных типовых кольцевых ГПКД с двумя линиями опор. Масса опор ориентировочно будет уменьшена на 613 т, что позволит сократить расходы только на опоры на 613 тыс. долл. США, общестроительные расходы будут также уменьшены на 105 тыс. долл., затраты на монтаж опор в новом варианте будут сокращены на 51 тыс. долл.

Таким образом, использование одной линии опор для двух кольцевых двухканатных дорог позволит сэкономить только на основных расходах на строительство дороги длиной 14.5 км ориентировочно 1669.8 тыс. долл., или 53.43 млн. руб.; на 16.7 га будет уменьшена площадь отчуждаемых земельных угодий. Кроме того, будет значительно упрощено обслуживание оборудования ГПКД, в частности, может выполняться независимый ремонт каждой из двух линий.

Для определения оптимальных областей применения грузового канатного транспорта авторами настоящей статьи были проанализированы технические параметры 14-ти ГПКД в ОАО «Комбинат Магнезит» (г.Сатка, Челябинской обл.), ПО «Сода» (г.Стерлитамак, Республика Башкортостан) и ПО «Сода» (г.Березники, Пермской обл.), эксплуатирующихся с шестидесятых годов XX века. Большинство этих дорог претерпели модернизацию, в процессе которой оптимизировались их технические характеристики.

Интерполяция и экстраполяция данных позволила установить зависимости искомых характеристик: производительности и объема вагонетки от длины доставки и мощности привода от комбинированного показателя, включающего длину и производительность ГПКД. Полученные графики зависимостей и уравнения регрессии позволяют рассчитать необходимые параметры ГПКД для одного приводного звена длиной 1.8–8 км.

С учетом реальной, достигнутой в России производительности канатных дорог (430 т/ч), ГПКД рационально применять при годовой перевозке от 0.5 до 1.9 млн. т груза в год на расстояние 15–20 и более километров.

Следует отметить, что перспективные возможности ГПКД велики. Например, при освоении производства модернизированного оборудования для всех видов канатных дорог можно обеспечить производительность 750–1000 т/ч и перевозку в стране 1.2–1.7 млрд. грузов в год. Стоимость строительства ГПКД за рубежом сравнительно невелика. Так, например, стоимость строительства 1 км одноканатных дорог колеблется от 400 до 600 тыс. долл. США, двухканатных кольцевых – от 600 тыс. долл. до 1 млн. долл. США. Стоимость транспортировки 1 т груза одноканатными дорогами составляет от 0.5 до 1 долл. США, двухканатными – от 0.7 до 1.5 долл. США.

Германские фирмы РНВ и РНВ Weserhuttle проводят исследования и продолжают работать над созданием канатных дорог производительностью 1500–2500 т/ч. 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, расположении несущих канатов по обе стороны вагонеток с более высокими скоростями движения, а, следовательно, и с более высокой производительностью.

Кроме традиционных транспортных канатных систем нами также рассмотрены новые нетрадиционные их виды, такие как воздушные канатно-монтажные транспортные системы, а также струнные транспортные системы.

Аэростатные канатно-монтажные транспортные системы предназначены для транспортирования до 7.5 млн. т в год грузов со скоростью до 300 км/ч [4]. Коэффициент полезного использования энергии аэростатно-канатных систем составляет 0.71–0.77 (у автомобильного транспорта этот коэффициент равен 0.14, у дизель-троллейвозного – 0.17, у железнодорожного – 0.18 и у конвейерного – 0.45). Эксплуатация таких систем возможна при температуре от + 60°С до –60°С.

В результате использования аэростатно-канатных систем расширяются возможности подвесных канатных дорог, что позволит:

-    преодолеть барьеры скорости движения, грузоподъемности, углов наклона трассы и долговечности канатов;

-    увеличить ширину безопорных пролетов до 1.2 км и коренным образом изменить конструкции опорных станций, которые имеют весьма значительные размеры и массу для исключения больших провисаний канатов;

-    уменьшить стоимость ГПКД, сроки их строительства и удельные затраты на транспортирование грузов.

В результате анализа опыта эксплуатации отечественных и зарубежных ГПКД, материалов научно-технической и патентной литературы и проектных решений институтов установлено, что возможно создание большегрузных ГПКД высокой производительности. В частности, это можно достичь следующими средствами:

- применением компактного расположения нескольких дорог на одной линии опор с увеличенной грузоподъемностью и скоростью движения вагонеток, изготовленных из облегченных материалов. В частности, Пермский завод горно-шахтного машиностроения приступил к изготовлению вагонеток нового поколения;

- применением воздушных большегрузных транспортно-монтажных канатных и высокоскоростных струнных транспортных систем;

-    применением новых прогрессивных материалов для футеровки колес вагонов и других конструкций;

-    применением технических и технологических решений, повышающих безопасность работы канатных дорог.


На наш взгляд, за грузовыми подвесными канатными дорогами большое будущее.  

ЛИТЕРАТУРА:
1. Земсков А.Н., Полетаев И.Г. Грузовые подвесные канатные дороги – перспективное средство транспортирования полезных ископаемых /Проектирование, производство и эксплуатация машин и механизмов для горнодобывающей промышленности.
Сб. трудов, Пермь: ПКИ Горнефтемаш, 2003. – с. 24–30.
2. Земсков А.Н., Полетаев И.Г. Развитие высокопроизводительных транспортных систем на базе грузовых подвесных канатных дорог /Горная механика: СИПР, Беларусь, Солигорск, 2003. № 2. – с. 3–13.
3. Анализ вариантов транспортирования руды от карьера до обогатительной фабрики в условиях АК «АЛРОСА» / Кулешов А.А., Васильев К.А., Докукин В.П., Коптев В.Ю. //Горный журнал, 2003, № 6. – с. 13–16.
4. Буткин В.Д. Аэростатноканатные транспортные системы для открытых горных работ //Горный журнал, 1998, № 6. – с. 55–57.

Журнал "Горная Промышленность" №2 2004