Троллей-автопоезда - транспорт для комбинированной разрботки месторождений полезных ископаемых

П.И. Тарасов, к.т.н., зав. сектором; В.А.Черепанов, м.н.с., ИГД УрО РАН

В современных условиях, когда маловероятно появление революционных горных технологий, главное направление повышения эффективности освоения недр заключается в создании и применении технологических схем, основанных на принципах эффективного сочетания процессов, свойственных различным способам разработки с оптимизацией области экономически выгодного использования каждого способа и обеспечения их взаимного благоприятного использования. Исходя из основных положений современной концепции освоения и сохранения ресурсов недр, следует оценить роль и перспективы развития комбинированной технологии разработки месторождений [1].

Проектирование рудников должно развиваться на базе обоснования такой стратегии разработки месторождений, которая обеспечивает не только комплексное освоение недр и своевременное техническое переоснащение производства, но и рациональное сочетание открытых и подземных горных работ при периодическом взаимном воспроизводстве их мощностей [2].

Как показали исследования, использование благоприятных технологических особенностей открытых и подземных горных работ при совместном решении вопросов вскрытия и разработки месторождений может обеспечить существенное повышение эффективности горного производства. К числу таких особенностей относятся: совместное вскрытие нижних горизонтов карьеров и шахтного поля комплексом подземных выработок; применение рациональных технологических схем открытого и подземного способов разработки; размещение части вскрышных пород в зоне обрушения или в отработанных подземных камерах; комплексное решение вопросов дренажа и водоотлива из карьера; совместное использование промышленных зданий и сооружений поверхностного комплекса и другое [3].

На комбинированную геотехнологию в России переходят предприятия АК «АЛРОСА», занимающей ведущее место в мире по добыче алмазов. Целесообразность перехода на подземный способ разработки рассматривается даже для железорудных месторождений КМА, традиционно разрабатываемых карьерами большой производственной мощности (Лебединский, Михайловский, Стойленский). Комбинированным способом уже разрабатываются Тишинский, Тырныаузский рудники; железорудные месторождения Кривбаса; Бакальское рудоуправление; месторождения Зыряновское, Лениногорское, Алтын-Топканское, Вишневогорское, Валуевское, Абаканское, Ле-бяжинское, а также разрезы Сибиргинский, Моховский, То-мусинский, Челябинского буроугольного бассейна и другие.

Характерная особенность текущего состояния многих горнорудных предприятий Урала заключается в переходе от открытого способа разработки к подземному. Среди них Карагайский карьер комбината «Магнезит» и предприятия ВГОКа, ряд месторождений: Гайское, Учалинское, Сибайское, Юбилейное, Западно-Озерное, Молодежное, Александрин-ское, Джусинское, Камаганское, Тарньерское, Северное, Сафьяновское, Чебачье, а также другие предприятия по разработке руд цветных металлов и алмазов, железных и урановых руд, месторождений нерудного сырья.

Анализ практики применения комбинированной технологии на 110 зарубежных рудниках, (проведенный ИПКОН РАН) показал, что наибольшее число предприятий, осуществляющих комбинированную отработку запасов (60%), приходится на руды цветных металлов и алмазов, около 16% -на добычу железных руд, более 10% - на месторождения нерудного сырья и 7.4% на урановые руды. При этом 60-65% рудников добывают таким способом подкарьерные запасы полезного ископаемого (запасы, которые находятся ниже отметки дна карьера) и 15-18% - разрабатывают прибор-товые запасы. Наибольшее распространение получила последовательная открыто-подземная выемка запасов [1].

Для подземного способа разработки характерны: большие затраты на проходку транспортных выработок; ограниченность скорости передвижения транспортной техники; малые уклоны транспортных выработок; большое количество погрузо-разгрузочных и перегрузочных работ; значительная доля затрат на проветривание рабочего пространства и другое. Транспорт в подземных условиях имеет меньшую производительность, чем на открытых работах из-за ограниченного пространства подземных выработок и сложностей, обусловленных использованием нескольких транспортных элементов и необходимостью их взаимной увязки. Условия ведения и возрастающие объемы подземных горных работ определяют новые требования к созданию транспортных машин в части существенного повышения их грузоподъемности и единичной мощности для эксплуатации в выработках относительно небольшого сечения. Применение транспортных машин большой грузоподъемности должно привести к повышенной эффективности ведения очистных работ и созданию предпосылок для достижения высоких технико-экономических показателей при разработке месторождений с мощными пластами.

Конструкция машин для подземных работ не препятствует их использованию на открытых горных разработках, в тоже время не позволяет применять их в карьерах с полной отдачей. Для автосамосвалов, применяющихся на открытых горных работах, характерны большие габаритные размеры и существенно большая грузоподъемность. В странах СНГ заводами РУПП «БЕЛАЗ» выпускается лишь несколько модификаций автосамосвалов для подземных горных работ и широкий ряд машин для открытых горных работ. За рубежом самосвалы для подземных работ производятся и поставляются компаниями Atlas Copco, Burdmachines, Bumar, Caterpillar, Dux, GIA (Kiruna Truck), Kaelble, Marcotte, Normet, Paus, Tamrock. Несмотря на такое разнообразие, в настоящее время нет машин, которые могли бы одинаково эффективно работать в подземных выработках и на транспортных коммуникациях карьеров.

На рубеже XX-XXI вв. основным видом технологического транспорта при добыче полезных ископаемых открытым способом стал автомобильный, которым во всем мире перевозится примерно 80% карьерной горной массы. Доминирующее положение карьерного автотранспорта объясняется заложенными в нем неоспоримыми достоинствами: мобильностью, гибкостью, автономностью, возможностью обеспечения высокой интенсивности горных работ и другими [4].

Отечественный и зарубежный опыт подземной разработки мощных месторождений крепких руд показывает, что наиболее подходящие технологические схемы отработки переходного (открыто-подземного) яруса, основанны на использовании рельсового и автомобильного видов подземного транспорта [5]. Перспективы создания высокоэффективной технологии очистной выемки руды также связаны с широким внедрением самоходного оборудования. При подземной разработке рудных месторождений автомобильный транспорт занимает ведущее место после рельсового, с контактными и аккумуляторными локомотивами.

Рельсовый транспорт, как правило, более конкурентен, особенно на предприятиях с большой производственной мощностью (несколько млн. т. в год) и большой протяженностью фронта горных работ. Однако в определенных условиях транспортирование большегрузными автосамосвалами может оказаться предпочтительнее, если, например, использовать электрические троллейвозы типа Kiruna Electric Truck [5]. В ходе испытаний этого подземного троллейвоза были выявлены его преимущества перед другими транспортными средствами: высокие скорость и производительность, отсутствие выбросов вредных веществ в атмосферу, невысокий уровень шума и другое. Перспективны также отечественные разработки в области развития подземного транспортирования руды автопоездами типа АШ-75 [6], состоящими из 3-5 вагонов с боковой разгрузкой. Эти поезда вписываются в относительно малые сечения выработок (10-12 м2), не требуют маневров для перемены направления движения и разгрузки, что существенно компенсирует недостатки автотранспорта в сравнении с рельсовым [5].

В целях повышения эффективности работы транспортных систем при комбинированной геотехнологии, возникла задача создания нового типа транспортного средства (единой транспортной единицы), в котором сочетались бы достоинства наземного и подземного видов транспорта, и которое могло бы одинаково эффективно работать в подземных выработках и на карьерных транспортных коммуникациях.

В ИГД УрО РАН ведутся разработки нового специализированного вида карьерного транспорта - троллей-автопоезда (ТАП), прототипом которого может служить упомянутый автопоезд АШ-75.

Принципиальная схема применения ТАП показана на рис. 1, 2. Основное назначение ТАП - из шахтного забоя (или от шахтного перегрузочного пункта) вывезти руду без каких-либо дополнительных перегрузок, по системе транспортных выработок шахты и карьера, и в объемах, которые добываются в подземных условиях.

Конструктивно под ТАП подразумевается автопоезд на колесном ходу с троллейным питанием, вытянутый в длину для достижения большой грузоподъемности при небольших поперечных размерах. Не исключается возможность использования дизель-троллейвозного варианта, как и собственно автопоезда с дизельными двигателями (рис. 3).

В ТАП сочетаются следующие достоинства отдельных видов карьерного транспорта:

- троллейное питание, аналогичное троллейвозу;

- колесный ход, аналогичный автотранспорту;

- прицепная часть, состоящая из 3-8 вагонов, аналогичная автопоезду;

- возможность челночного движения, свойственного железнодорожному транспорту, у которого локомотивы (ведущие вагоны) расположены в голове и в хвосте состава.

Вариант автопоезда в троллейном исполнении предназначается в первую очередь для месторождений, расположенных в районах с высокой стоимостью дизельного топлива, например, на Крайнем Севере и Северо-Востоке страны, а также в районах, где электроэнергия доступнее нефтяного топлива.

Эффективность применения вспомогательной троллейной системы промышленного транспорта доказана самой историей обширного мирового опыта. Положительные результаты показали троллейвозы и дизель-троллейвозы, работающие как на отечественных, так и на зарубежных предприятиях. Упомянутые самосвалы Kiruna Electric Truck поставлялись на горные предприятия Швеции, Австралии, Канады, Китая и Испании [10].

Особенно необходимо подчеркнуть конструктивные и технико-технологические достоинства электросамосвалов Kiruna Electric Truck, подтвержденные практикой их работы[10]:

- более высокая скорость движения на крутых уклонах (на 20% выше, чем дизельных самосвалов);

- 4 ведущих колеса;

- 2 мощных электродвигателя (по одному на ось);

- дизель-генератор, снабжающий электроэнергией двигатель самосвала при его движении на участках без электросети;

- высокая надежность благодаря применению электрической трансмиссии и троллейного питания;

- улучшенные условия труда оператора благодаря комфортабельной кабине, меньшему уровню шума и объема выхлопных газов;

- низкие эксплуатационные расходы и стоимость технического обслуживания.

Таким образом, дизель-троллейвозный вариант исполнения автопоезда позволяет снизить коэффициент тары, расход топлива и время рейса, увеличить скорость транспортирования и производительность, а также рабочий уклон дороги, уменьшить загазованность, и в целом - улучшить технико-экономические показатели по мере возрастания расстояния транспортирования. Существенная экономия достигается в случае применения «чистых» троллейвозов (без дизельного двигателя). Колесный ход машины, аналогично автотранспорту, позволяет ориентироваться на преодоление уклонов до 11%, а при использовании троллейвозного варианта - до 15-35%.

Автопоездная компоновка позволяет эксплуатировать ТАП в выработках с относительно небольшим сечением и дает возможность в широких пределах изменять грузоподъемность, за счет увеличения числа прицепных вагонов. Возможность работы по схеме челночного движения, не требующей маневров при перемене направления движения, исключает необходимость в сложном путевом развитии как при железнодорожном транспорте. По карьеру ТАП передвигается аналогично троллейвозам, используя троллейную линию, располагаемую на опорах вдоль карьерных автодорог. При этом, за счет меньших габаритов ТАП по сравнению с карьерными автосамосвалами и устоявшихся (постоянных) съездов в карьере, установка опор троллейной линии не потребует расширения транспортных берм.

В зависимости от запасов месторождения и производственной мощности по добыче определяется необходимая производительность ТАП. Грузоподъемность ТАП может варьироваться, в зависимости от горнотехнических условий, путем изменения количества и грузоподъемности вагонов-прицепов, входящих в его состав. Габаритные размеры ТАП ограничиваются предельно допустимыми размерами подземных горных выработок.

Установленные взаимосвязи грузоподъемности и габаритных параметров современных подземных автосамосвалов (рис. 4, 5) подтверждают преимущество автопоездной компоновки, которое сохраняется даже при увеличении габаритных размеров ТАП за счет дополнительного пространства для троллейной линии. При высоте 2000 мм и ширине 2200 мм автопоезд АШ-75 имел грузоподъемность 75 т, в то время, как подземные автосамосвалы меньшей грузоподъемности имеют значительно большие поперечные габариты (см. табл.). Например, подземные автосамосвалы фирмы Atlas Copco MT-5020 грузоподъемностью 50 т, требуют выработки сечением 25-27 м2, автосамосвалы МоАЗ-7529 грузоподъемностью 22 т - выработки сечением 16-18 м2, а вот автопоезд АШ-75 грузоподъемностью 75 т - выработки сечением всего лишь10 м2.

Таким образом троллей-автопоезд сочетает в себе преимущества основных видов транспорта для подземных и открытых горных работ, и в полной мере соответствует современным условиям эксплуатации и требованиям, предъявляемым к транспортному оборудованию: повышение производительности транспортных средств на подземных горных работах и снижение поперечного сечения подземных горных выработок; применение повышенных уклонов автодорог, снижение экологической вредности производства, снижение себестоимости добычи полезных ископаемых.

Используемые источники:

1. Мировая горная промышленность 2004-2005: история, достижения, перспективы. - М.: НТЦ «Горное дело», 2005. - 376 с.

2. Каплунов Д.Р. Комплексное освоение рудных месторождений: проектирование и технология подземной разработки / Д.Р. Каплунов, И.И. Помельников, В.И. Левин, В.И. Шубодеров, ЕА. Блюм, В.И. Сергеев. - М: ИПКОН РАН, 1998г. - 383 с.

3. Щелканов ВА. Комбинированная разработка месторождений / ВА Щелканов, СА. Сторчак. - Кривой Рог: КТУ, 1996. - 293 с.

4. Мариев П.Л. Карьерный автотранспорт: состояние и перспективы / П. Л. Мариев, АА, Кулешов, А.Н. Егоров, И.В. Зырянов. - СПб: Наука, 2004. - 429 с.

5. Каплунов Д.Р. Геотехнология перехода от открытых к подземным горным работам / Д.Р. Каплунов, ВА Юков. - М.: «Горная книга»,2007. - 267с.

6. Славиковский О.В. Погрузочно-транспортный комплекс рудника. - М.: «Недра», 1990. - 184 с.

7. Яковлев В.Л. Дизель-троллейвозный транспорт на карьерах/ВЛ. Яковлев, В.П. Смирнов, Ю.И. Лель, Э.В. Горшков. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991. - 104 с.

8. hutnyak.com/trolley.html

9. Кожахмедов Д.Б. Основы создания рудничных троллейно-аккумуляторных транспортных машин. Алма-Ата, «Наука» КазССР, 1978. - 216 с.

10. www.gia.se/eng/index.htm

11. www2.sea.siemens.com

Журнал "Горная Промышленность" №5 2008, стр.72