Направления развития карьерного транспорта

М.Г.Потапов, докт. техн. наук

В России функционируют более 200 предприятий по открытой добыче руд черных и цветных металлов, угля, алмазов, золота, платины, серебра, урана, горно-химического сырья и др. Число предприятий по добыче минерального сырья для производства строительных материалов достигает 4000. Открытым способом добывается 80–90% руд черных и цветных металлов, 60% угля, практически 100% строительных материалов. Развитие открытого способа, рост его технико-экономических показателей осуществляются благодаря совершенствованию технологии разработки и созданию новой высокопроизводительной техники. Из технологических процессов открытой разработки наиболее трудоемким и дорогостоящим является процесс транспортирования горной массы, неизбежно присутствующий во всех случаях (для полезного ископаемого – к обогатительным фабрикам, на склады или к потребителю, для вскрышных пород – на отвалы). Прогресс в области карьерного транспорта в значительной мере формирует экономику предприятий по открытой разработке месторождений полезных ископаемых.

В мировой практике на разных этапах развития на карьерах получали применение различные виды транспорта: железнодорожный, конвейерный, автомобильный, гидравлический, скиповой, гравитационный, трубопроводный-контейнерный, канатные дороги. К настоящему времени на открытых разработках в России и за рубежом основное распространение получили автомобильный, железнодорожный и конвейерный транспорт, используемые в самостоятельном виде и в различных комбинациях. По прогнозу эти виды транспорта останутся основными на ближайшие 10–15 лет, хотя доли их участия могут заметно измениться. Другие виды получили значительно меньшее распространение, однако в определенных особых условиях они могут быть наиболее экономичными.

Интенсификацию открытых разработок связывают обычно с поточным производством, в первую очередь, с применением конвейерного транспорта для перемещения горной массы. Опыт, накопленный в области конвейеризации в отечественной и зарубежной практике (уральские угольные разрезы, Березовский разрез КАТЭКа, угольные разрезы ряда европейских стран), подтвердил главное достоинство конвейерного транспорта – высокий уровень производительности труда, достигаемый путем автоматизации работы оборудования. Казалось бы, это дает основания для широкого применения такого вида карьерного транспорта. Однако полигон для применения схем сплошной конвейеризации на карьерах России весьма невелик и практически ограничивается несколькими буроугольными разрезами. В подавляющем большинстве на карьерах страны разрабатываются полускальные, скальные и глинистые породы, для транспортирования которых ленточные конвейеры практически не приспособлены. Применение ленточных конвейеров перспективно для транспортирования угля на разрезах от роторных экскаваторов, а также в комбинации с автотранспортом в качестве стационарных подъемников для перемещения крепких пород после предварительного механического дробления крупных кусков до транспортабельных размеров 300–400 мм. В этих случаях эффективным становится использование специальных крутонаклонных конвейеров, способных транспортировать материал под углом борта карьера (35–40 град.), благодаря чему существенно сокращается общее расстояние транспортирования. На транспортные схемы этого типа ориентирован ряд железорудных и угольных карьеров. И все же, в соответствии с горнотехническими условиями большинства карьеров, конвейерный транспорт в течение длительного периода не займет основного положения. Главные объемы перевозки на перспективный период, как и в настоящее время, примут на себя железнодорожный и автомобильный транспорт.

Железнодорожный транспорт имеет наиболее долгую историю развития, начавшуюся в 30-е годы ХХ столетия на уральских карьерах. К семидесятым годам сложилось мнение о достижении этим видом карьерного транспорта своих предельных возможностей по объемам перевозок, глубине карьеров, технико-экономическим показателям. Существенные сдвиги произошли благодаря созданию ряда отечественных тяговых агрегатов и большегрузных думпкаров, что привело к пересмотру взглядов относительно граничных условий рационального применения железнодорожного транспорта. Распространение тяговых агрегатов на крупных предприятиях железорудной и угольной промышленности (Лебединском, Соколовско-Сарбайском, Качканарском ГОКах, угольных разрезах Экибастузского и Кузнецкого бассейнов, Коркинском разрезе) сыграло существенную роль в интенсификации горного производства. Вместе с тем, исследования показали, что дальнейшее увеличение сцепного веса тяговых агрегатов сверх 360–370 т не приводит к заметному улучшению технико-экономических показателей. Эти цифры близки к значениям предельно целесообразного сцепного веса карьерных локомотивов. Существенными факторами, сдерживающими развитие железнодорожного транспорта, являются организация его работы и необходимость выполнения значительных объемов путевых работ. Схемы технологических коммуникаций при железнодорожном транспорте, как правило, таковы, что не обеспечивают требуемого уровня использования экскавационной и транспортной техники ввиду продолжительных обменных операций. Многолетние попытки кардинально изменить это положение не привели к заметным результатам. На практике время обмена поездов у экскаватора остается соизмеримым со временем погрузки состава. На карьерах с железнодорожным транспортом, как правило, велика доля временных забойных и отвальных путей, требующих периодического перемещения на новые трассы. Несмотря на внедрение в производство целого ряда путевых машин эти работы в большинстве случаев остаются тяжелыми и немеханизированными, что в итоге значительно снижает производительность труда. Кроме того, железнодорожный транспорт является достаточно ресурсоемким. В ближайшие 10–15 лет железнодорожный транспорт будет, по-видимому, играть на карьерах значительную роль, постепенно уступая свое место другим видам.

Автомобильный транспорт – наиболее универсальный и перспективный вид карьерного транспорта. Автомобили работают в комплексе с различными видами одноковшовых экскаваторов (прямыми и обратными механическими лопатами, драглайнами), погрузчиками, роторными экскаваторами небольшой производительности и другими выемочными и погрузочными средствами. Основные достоинства автомобильного транспорта: автономность, т.е. независимость от внешних источников питания энергией, благодаря чему его использование эффективно в период строительства карьеров, а также при разработке месторождений с ограниченными запасами полезного ископаемого и малом сроке эксплуатации; мобильность, позволяющая применять автотранспорт в сложных условиях залегания пластов; возможность транспортирования горных пород с разными физико-механическими свойствами; сокращение протяженности транспортных коммуникаций благодаря возможности двигаться по сравнительно крутым подъемам автодорог; упрощение процесса отвалообразования. Именно эти свойства обеспечили автотранспорту широкое распространение на открытых разработках всех горнодобывающих отраслей, как в России, так и во многих странах мира.

Развитие карьерного автотранспорта в СССР началось в 50-е годы ХХ столетия в период интенсивного освоения в стране новых месторождений полезных ископаемых и с началом производства большегрузных самосвалов на Минском (впоследствии Белорусском) автомобильном заводе. Впервые выпуск самосвалов МАЗ-525 грузоподъемностью 25 т начат в 1950–51 гг. на Минском автозаводе. С 1961–65 гг. создаются большегрузные самосвалы марки БелАЗ. К настоящему времени освоен выпуск широкого ряда моделей самосвалов грузоподъемностью от 30 до 220 т с гидромеханической и электромеханической трансмиссией. С учетом этого типажа реализованы проекты многих карьеров, таких как Сибайский, Сорский, Гайский, Удачный, Сибиргинский, Бачатский, Оленегорский, Нерюнгринский и многие другие.

Ввиду специфических условий эксплуатации на открытых горных разработках самосвалы должны отвечать ряду основных требований: обладать высокой прочностью механической части, позволяющей выдерживать ударные усилия при загрузке экскаваторами или погрузчиками; обеспечивать удобство погрузки и разгрузки кузова; иметь высокую маневренность для эффективной работы в стесненных условиях горных выработок; развивать достаточные скорость и тормозное усилие на затяжных подъемах и спусках. С этой точки зрения самосвалы Белорусского завода по исполнению не уступают машинам ведущих автомобилестроительных компаний мира. Современные самосвалы БелАЗ изготавливаются двухосными с колесной формулой 4(2. Мощность двигателя, отнесенная к единице полной массы и обеспечивающая требуемую тягово-динамическую характеристику автомобиля, составляет 4–5 кВт/т; геометрический объем стандартного кузова составляет 0.42–0.48 м3/т грузоподъемности, при этом учитывается возможность комплектования их кузовами различной вместимости для транспортирования пород разной плотности.

Используется автотранспорт как при небольших объемах перевозки на малых карьерах, так и достигающих 50–60 млн.т/год. При самостоятельном использовании автотранспорта глубина карьеров обычно не превышает 200–250 м, рациональное расстояние транспортирования – 3–4 км, уклоны – 70–80‰. При использовании автомобильного транспорта в комбинации с конвейерным ему отводится роль сборочного. В таких случаях значительно улучшаются общие показатели процесса транспортирования: сокращается себестоимость перевозок на 25–30%, удельные энергозатраты сравнительно с «чистым» автотранспортом – в 1.5–2.0 раза, общая трудоемкость – в 1.3–1.5 раза, масса выделяемых вредных газов – на 40–60%.

В этой связи недооцененной остается возможность создания на базе большегрузных самосвалов БелАЗ с электромеханической трансмиссией их перспективной модификации – дизель-троллейвозов, эффективно используемых на ряде крупных зарубежных карьеров. При использовании дизель-троллейвозов обеспечивается сокращение расхода топлива на 50–60%, повышение производительности автотранспорта на 15–20%, сокращение выбросов вредных веществ в атмосферу в 1.7–2.0 раза. Решающую роль при оценке эффективности применения дизель-троллейвозов играет соотношение цен на дизельное топливо и электроэнергию. Согласно проведенным исследованиям, электрификация автотранспорта становится эффективной при соотношении стоимости 1 кг дизельного топлива и 1 кВт/ч электроэнергии, равном 4–5 и более. На рисунке представлена зависимость срока окупаемости затрат на электрификацию автотранспорта от соотношения стоимости топлива и электроэнергии. В худшем случае этот срок не превышает 2.5 года.

Резервы времени полезной работы самосвалов и автомобильно-экскаваторных комплексов в целом могут быть выявлены путем совершенствования системы организации их работы. На практике процесс управления осуществляется с применением различных информационных систем на основе непрерывного анализа обеспеченности каждого экскаватора средствами автотранспорта. Наилучший результат достигается с применением системы диспетчерского управления, основанной на технологии космической навигации (GPS), позволяющей с высокой точностью определять координаты движущихся объектов с применением спутниковых радиосигналов, с помощью компьютерной обработки непрерывно отображать положение объектов, оптимизировать маршруты самосвалов, а также вести учет объемов выполненной работы. Для этой цели партии самосвалов БелАЗ оснащаются элементами такой системы (приемными устройствами и средствами учета) и внедряются на карьерах.

* * *

Дальнейшее развитие карьерного автотранспорта связано с ростом грузоподъемности автомобилей, повышением их надежности и срока службы, содержанием автодорог в качественном состоянии, совершенствованием системы технической эксплуатации.

Общим направлением развития карьерного транспорта является дальнейшее совершенствование традиционных и создание новых технических средств, разработка прогрессивных принципов организации и управления транспортным процессом, развитие системы технической эксплуатации. 

Журнал "Горная Промышленность" №6 2002