Автопоезд перспективный тип технологического транспорта для открыто-подземного способа разработки месторождений

О.В. Славиковский, проф., д.т.н., УГГУ

Совместная разработка месторождений твердых полезных ископаемых открытым и подземным способами за последние годы охватывает все большее число месторождений. В мировой практике число горнодобывающих предприятий, применяющих подземный способ разработки месторождений в дополнении к открытому увеличилось более чем в два раза. Одна из главных причин тому – выход карьеров на проектную мощность и предельные контуры.

Данная тенденция характерна и для отечественной горнорудной отрасли. Переход от открытого способа разработки к подземному осуществляется при эксплуатации Оленегорского железорудного месторождения, на комбинированную разработку месторождений перешли большинство рудников АК «АЛРОСА». На Урале практически полностью перешел на подземную разработку Высокогорский ГОК. Перспективы развития Комбината «Магнезит» и Учалинского ГОКа (УГОК) также связаны с переходом на отработку месторождений подземным способом. Комбинированной геотехнологией будет вестись отработка Сафьяновского, Тарньерского и ряда других меднорудных месторождений УГОКа.

При формировании транспортной системы при комбинированной геотехнологии возможны две принципиально отличные технологические схемы:

  • с использованием на конечном этапе транспортирования руды из шахты на поверхность карьерного пространства с его транспортным оборудованием и коммуникациями;
  • с перепуском руды на концентрационные горизонты подземного рудника с использованием подземного транспорта и скипового подъема для выдачи рудной массы на поверхность.

При переходе от открытого способа разработки к подземному в первую очередь предусматривается вовлечение в разработку прикарьерных запасов, что позволяет уменьшить разрыв в добыче руды и сохранить устойчивое финансовое положение горнодобывающего предприятия в переходный период. Как правило, этот период бывает довольно длительным, а при доработке запасов, залегающих ниже дна карьера, сроки производства добычных работ возрастают особенно значительно.

Характерная особенность схем вскрытия прикарьерных запасов заключается в использовании с этой целью выработанного пространства карьеров, что позволяет не только сократить время на горно-проходческие работы, но также объемы и затраты на их осуществление. Вскрытие запасов руды, залегающих в бортах карьера, как правило, осуществляется штольнями (Оленегорский ГОК, Комбинат «Магнезит»), а запасов, залегающих ниже дна карьера – уклонами (рудник Молодежный, Учалинский ГОК).

Исходя из принятой схемы вскрытия формируется и транспортная система рудника. Для транспортирования руды из подземных работ в карьер по штольням применяется автомобильный или электровозный транспорт, при этом ориентируются на подземные автосамосвалы, контактные электровозы и шахтные вагонетки с боковой разгрузкой.

Руда, доставленная на перегрузочные пункты с подземных работ средствами карьерного транспорта и по карьерным коммуникациям доставляется к рудоподготовительным комплексам или обогатительным фабрикам.

В результате при формировании транспортной системы в технологической цепочке перемещения руды – «очистной забой-поверхность» – применяются два принципиально отличающихся друг от друга типа карьерного и подземного оборудования, что связано с необходимостью сооружения перегрузочных пунктов на борту карьера и оснащения их экскаваторами (редко – бункерами) в пределах заложения устьев штолен и уклонов.

На Учалинском ГОКе, начиная с 1992 года, комбинированным способом отрабатывается одноименное месторождение. В настоящее время, на этом месторождении осуществляется последовательно-параллельный переход от открытых горных работ к подземным с их совмещением в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

В карьере основную транспортную работу выполняют самосвалы БЕЛАЗ грузоподъемностью 30 т, в подземном руднике на погрузочно-транспортных и транспортных операциях применяется дизельное самоходное оборудование: погрузочно-доставочные машины фирм Tamrock и Kawasaki, автосамосвалы фирмы Tamrock и Могилевского автозавода. Горная масса из очистных забоев погрузо-доставочными машинами доставляется в специально оборудованные пункты перегрузки, удаленные от забоев в среднем на 70–100м, где перегружается в подземные самосвалы и по штольне гор.300м вывозится в карьер.

Отработка Молодежного медноколчеданного месторождения (УГОКа) осуществляется открытым способом уже более 25 лет. На сегодня ниже дна карьера залегают промышленные запасы руды в объеме 540.16 тыс. т, которые проектируется отработать подземным способом с выдачей на поверхность через карьерное пространство. Погрузочно-доставочные работы в шахте предусматривается осуществлять погрузчиками TORO400, транспортирование руды – шахтными самосвалами МоАЗ-7405 по транспортному уклону до дна карьера, где устраивается внутрикарьерный склад. Здесь руда будет перегружаться экскаваторами ЭКГ­4.6 в карьерные автосамосвалы БЕЛАЗ.

На Комбинате «Магнезит» при отработке Саткинского месторождения магнезитов комбинированным способом проектируется формировать транспортную систему (при переходе с открытого способа разработки на подземный) для выдачи руды из шахты Магнезитовая на дневную поверхность в составе комбинации карьерного транспорта с электровозным подземным транспортом. Руда из шахты локомотивосоставами транспортируется по штольне на борт Карагайского карьера, где она разгружается в склад, затем экскаватором перегружается в карьерные самосвалы БЕЛАЗ. Подземные локомотивосоставы включают электровозы 14 КР и шахтные вагонетки с боковой разгрузкой.

Успешная апробация такой схемы при отработке гор. 260м инициировала ее распространение для выемки нижележащих запасов магнезита. Штольня в карьер была пройдена по гор. 180 м и оборудована рельсовой откаткой, в карьере построен перегрузочный пункт, оборудованный опрокидом шахтных вагонеток. Экскаватор производит дальнейшую перегрузку руды в автосамосвалы БЕЛАЗ, которые доставляют ее по действующим карьерным дорогам, поднимая на высоту 200 м.

В настоящее время на шахте Магнезитовая добывается около 400 тыс. т, на Карагайском карьере – около 800 тыс. т магнезита в год. Вся руда из шахты и карьера вывозится парком самосвалов БЕЛАЗ на поверхностный склад руды.

Автомобильный транспорт при отработке глубоких карьеров занимает ведущее место. При отработке прибортовых запасов карьеров подземным способом, как показала практика, подземный автомобильный транспорт в комплексе с самоходной погрузочно-транспортной техникой также – наиболее перспективен.

Эффективность комбинированной геотехнологии на сегодня в первую очередь зависит от вида и производительности технологического транспорта. Поэтому решение задачи по созданию нового высокопроизводительного транспортного оборудования приобретает актуальнейшее значение.

Проведенный анализ показывает, что неуклонный рост единичной мощности (грузоподъемности) карьерных автосамосвалов – главная характеристика глобальной тенденции в развитии карьерного транспорта. Если в конце 1950-х начале 1960-х годов   на карьерах применялись автосамосвалы малой грузоподъемности (5–10 т), то к середине 1970-х годов, в связи с созданием семейства БЕЛАЗов грузоподъемностью 40 и 75 т, автомобильный транспорт вошел в число основных видов транспорта на большинстве рудных карьеров.

С освоением на ПО «БЕЛАЗ» производства автосамосвалов грузоподъемностью 110–180 т к середине 1980-х годов средняя грузоподъемность автосамосвалов достигла 50 т. К началу XXI века, с учетом применения на карьерах заметно возросшего количества самосвалов зарубежных фирм, средняя грузоподъемность карьерного автотранспорта приблизилась к 100 т, сохраняя перспективу дальнейшего роста [1].

Основным автосамосвалом, применяемым при подземных горных работах в России и странах СНГ остается МоАЗ­7405 грузоподъемностью 20 т. Стремясь сохранить ведущие позиции на рынке подземной техники в странах СНГ, Могилевский автозавод в 2000 г. приступил к серийному выпуску полноприводной модели МоАЗ-7529 грузоподъмностью 22 т с двигателем мощностью 260 л.с. и подготовил модификацию повышенной грузоподъемности.

Современный международный рынок подземных самосвалов представлен продукцией фирм Sandvik Tamrock, Atlas Copco, Caterpillar и других. В частности Sandvik Tamrock предлагает самосвалы TORO25D, TORO35D, TORO40D соответственно грузоподъемностью 27, 36 и 40 т. РУПП «БелАЗ» создал специальный подземный автосамосвал БелАЗ-75800 грузоподъемностью 40 т.

Однако эффективность применения автомобильного транспорта в подземных выработках ограничивается целым рядом специфических особенностей:

  • высокой стоимостью проходки горных выработок (от 600–700 руб/м3);
  • сложностью сооружения и поддержания выработок большого сечения;
  • относительно небольшой скоростью движения по подземным выработкам;
  • стремлением вскрытия нижележащих запасов крутыми уклонами в целях сокращения объема горно-проходческих работ.

Развитие подземного и карьерного автотранспорта свидетельствует о достижении определенных технических пределов в совершенствовании каждого из них в отдельности, что объективно препятствует их совместному использованию в технологии открыто-подземного способа разработки месторождений. Логика развития транспортных средств для этого, в общем-то нового способа разработки месторождений, диктует необходимость создания принципиально нового транспортного средства, обеспечивающего эффективное перемещение руды в условиях карьера и подземного рудника, позволяющего создать единую транспортную схему «очистной забой-поверхность».

В зарубежной практике на сегодня также не создан автосамосвал, полностью отвечающий условиям одинаково производительной работы, как в карьере, так и в подземных горных выработках. В какой-то степени отдельные вопросы решаются. Так, фирмой Atlas Copco создан подземный автосамосвал-троллейвоз – «электролайнер» грузоподъемностью 50 т, позволяющий работать на больших уклонах и имеющий высокую мобильность.

Применение троллейвозов позволяет не только резко сократить потребление нефтяного топлива, но и повысить скорость движения и уменьшить расходы на вентиляцию выработок. Способность этих машин перемещаться по выработкам с уклоном 12° со скоростью до 24 км/ч существенно расширяет область использования автотранспорта.

Анализ условий работы автомобильного транспорта при комбинированной геотехнологии в карьере и шахте показывает логичную необходимость в новом транспортном средстве большой грузоподъемности, способном, с одной стороны, работать на крутых уклонах, и, с другой стороны, не требовать подземных выработок большого сечения.

Исходя из этих условий представляется весьма оправданным и перспективным вновь обратиться к работам ИГД УрО РАН и НИПИгормаш, в результате которых был создан шахтный автопоезд АШ-75 – прототип требуемого транспортного средства для комбинированной геотехнологии.

Изучение конструкций существующих транспортных машин показывает, что полезное сечение кузова занимает 20–25% сечения выработки. Вместе с тем, повышение эффективности автомобильного транспорта за счет увеличения грузоподъемности при сохранении существующих сечений 10–14 м2 транспортных выработок возможно только за счет автопоездной компоновки транспортной машины, т.е. создания многозвенных автопоездов, имеющих минимальные поперечные габариты и вытянутых в длину для обеспечения необходимой грузоподъемности.

Автопоезд АШ-75 (см. табл.) создавался для транспортирования абразивной горной массы по подземным выработкам сечением 10  м2 и более и в полной мере отвечает требованиям, предъявляемым к самоходным транспортным машинам ближайшего будущего. В нем заложены возможности достижения технико-экономических показателей, значительно превосходящих соответствующие показатели классических однокузовных автосамосвалов [2].

Таблица 1. Техническая характеристика АШ-75

Грузоподъемность, т

75

Максимальная скорость движения в порожнем состоянии, км/ч

20

Наименьший внешний радиус поворота, м

16

Наибольший угол преодолеваемого подъема, градус

10

Минимальное сечение выработки,м2

10-12

Грузоподъемность вагона, т

15

Количество грузовых вагонов, шт.

5

Разгрузка вагонов

боковая двухсторонняя

Мощность двигателя, кВт

140

Количество двигателей, шт.

2

Количество нейтрализаторов (шт.):

 

- каталитических

2

- жидкостных

2

Габаритные размеры (мм):

 

- ширина

2200

 - длина

36000

 - высота

2000

Масса, т

70

Отметим основные преимущества автопоезда АШ-75 перед существующими самоходными транспортными машинами:

  • поездная компоновка, позволяющая при относительно небольших поперечных габаритах и при повышенной грузоподъемности (до 75 т) вписываться в подземные горные выработки сечением 10–12 м2;
  • наличие в машине следящего гидропривода управления, обеспечивающее движение многозвенного, многоосного автопоезда, практически «след в след» при скорости транспортирования до 20 км/ч;
  • возможность челночного движения, исключающего маневровые операции при перемене направления движения

     

    за счет оснащенности кабинами управления в хвосте и голове автопоезда;
  • способность транспортировать руду на участках дороги с углом подъема до 10°;
  •  значительно лучшее соотношение массы полезного груза и мощности двигателя (лучшая удельная мощность на 1т перевозимого груза).

Автопоезд АШ-75 состоит из двух тягачей, шести моторных осей с пневмоколесами и пяти однотипных грузовых вагонов. Тягачи, располагающиеся по концам автопоезда, включают кабину управления и силовой блок, состоящий из дизеля ЯМЗ-238К мощностью 190л.с. и генератора ГНА-222. Грузовой вагон состоит из несущей подвагонной рамы и кузова с открывающими бортами. Разгрузка вагона производится в сторону того борта относительно оси которого происходит поворот кузова. Управление подъемом кузова осуществляется дистанционно из любой кабины. Автопоезд АШ-75 прошел промышленные испытания на ш.«Сидеритовая» Бакальского РУ и приемочной комиссией был рекомендован к промышленному освоению.

При дальнейшем проведении работ по изысканию и разработке нового автомобильного транспортного средства, с учетом его работы на уклонах большой протяженности, необходимо рассмотреть и детально исследовать конструкцию, оснащенную комбинированной энергосиловой установкой, использующей способ рекуперации кинетической и потенциальной энергии. Применение самосвалов с такими силовыми агрегатами позволит уменьшить загазованность атмосферы горных выработок, снизить в определенных условиях расход топлива и сократить общие затраты на транспортирование горной массы.

На определенных участках при комбинированной геотехнологии, особенно при вскрытии изолированных глубокозалегающих рудных залежей, перспективными будут автопоезда на гусеничном ходу, позволяющие резко повысить угол транспортирования горной массы, сократить затраты на проходку уклонов и разнос вышележащих уступов.

Безусловно, работы по созданию нового транспортного оборудования для комбинированной геотехнологии должны производиться совместно горняками-технологами и машиностроителями. При этом на первом этапе каждому из них предстоит решить главные задачи:

  • горнякам – разработать технико-экономическое обоснование на создание нового транспортного оборудования и определить потребность в нем;
  • машиностроителям – разработать новое транспортное средство, рассчитать его технико-экономические показатели и стоимость.

     

     

ЛИТЕРАТУРА:

1. Яковлев В.Л. О роли и месте автомобильного транспорта в развитии открытых горных работ // Энергосбережение на карьерном автомобильном транспорте: материалы Международнго научно-технического семинара, 24–26 июля 2003 г. - Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2003. – с. 8 – 16.

2. Славиковский О.В. Особенности формирования транспортного комплекса при комбинированной геотехнологии // Проблемы карьерного транспорта: материалы VIII Международной научно-практической конференции, 20–23 сентября 2005 г. - Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2005. – с. 167 – 170.

 

Журнал "Горная Промышленность" №5 (81) 2008, стр.79