Особенности конструкции специализированных транспортных средств для освоения северных и арктических территорий России

П.И. Тарасов, к.т.н., ведущий научный сотрудник, А.П. Тарасов, младщий научный сотрудник, Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук (ИГД УрО РАН)

А.Ю. Тихомиров, инженер, ООО «Уральский дизель-моторный завод» (Екатеринбург)

И.В. Зырянов, д.т.н., зам. директора по научной работе, Институт «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА» (ПАО)

Необходимо отметить, что строительство автомобильных и железных дорог в условиях Арктики и прилегающих территорий Западной Якутии с целью обеспечения развития новых предприятий АК «АЛРОСА» представляет собой технологическую необходимость, прежде всего для разработки удаленных беднотоварных кимберлитовых месторождений, расположенных в условиях зоны слабонесущих грунтов.

При обосновании и разработке транспортных средств необходимо учитывать следующие особенности их эксплуатации в условиях северных территорий РФ:

- слабонесущие грунты;

- большое количество снега зимой и, как следствие, увеличение объемов водных ресурсов летом;

- невозможность быстрого восстановления повреждений окружающей среды;

- наличие крепких мерзлых пород на значительной глубине (20–30 м, местами до 70 м).

Климат района Западной Якутии резкоконтинентальный с продолжительным зимним периодом и коротким умеренно теплым, иногда жарким летом. Абсолютный максимум температур (+35°C) зарегистрирован в июле, абсолютный минимум (–65°C) – в январе. В Институте горного дела УрО РАН проведены работы по определению применяемости различных видов транспорта в условиях Севера. Выявлено, что большинство транспортных средств, использующихся в более южных территориях, такие как автомобили общего пользования, железная дорога и т.д., по ряду причин не отвечают тем требованиям, которые предъявляются природными условиями арктической зоны и прилегающим к ней северным территориям Российской Федерации.

Транспорт на воздушной подушке

Многоцелевое судно на воздушной подушке серии «Славир», выпускаемое ООО «Амфибийная техника» (Нижний Новгород), может быть в пассажирском, грузопассажирском и грузовом вариантах исполнения

Многоцелевое судно на воздушной подушке серии «Славир», выпускаемое ООО «Амфибийная техника» (Нижний Новгород), может быть в пассажирском, грузопассажирском и грузовом вариантах исполнения

Освоение природных ресурсов России все дальше уходит за полярный круг, где нет транспортных артерий и где единственный способ наземного передвижения представляет зимник, работающий 3–4 месяца в году. Транспорт на воздушной подушке экономически эффективен в районах, где сегодня используются вертолетный и гусеничный транспорт. Однако гусеничные доставки по тундре стали жёстче контролировать экологи, так как они разрушают естественный покров, на восстановление которого требуются десятилетия. К положительным качествам транспорта относятся, прежде всего, высокая скорость и высокая грузоподъемность. Увеличение габаритов таких машин благоприятно сказывается на ходовых свойствах, позволяя получить большую мощность подушки при меньших затратах энергии [1].

Разработанная ТПЦ «СибВПКНефтегаз» (Омск) самоходная амфибийная грузовая платформа на воздушной подушке АВП;60 предназначена для перевозки тяжелых неделимых грузов, колесной и гусеничной техники, бурового оборудования и строительных материалов по тундре, болотам, большим и малым рекам

Разработанная ТПЦ «СибВПКНефтегаз» (Омск) самоходная амфибийная грузовая платформа на воздушной подушке АВП;60 предназначена для перевозки тяжелых неделимых грузов, колесной и гусеничной техники, бурового оборудования и строительных материалов по тундре, болотам, большим и малым рекам

Перевозки с использованием этого вида транспортных средств обходятся, в среднем, в 7–10 раз дешевле, чем с помощью небезопасной вертолетной техники. При явном отставании в развитии специализированной транспортной инфраструктуры в северных регионах России наращивание серийного выпуска нетрадиционных транспортных средств на воздушной подушке, обладающих хорошими амфибийными качествами, позволит ликвидировать эту проблему.

Снегоболотоходы

При освоении территории Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока рационально применять специализированный транспорт, приспособленный для движения по грунтам с низкой несущей способностью (болото, снежная целина, бездорожье, пересеченная лесистая местность). Для промышленного освоения территорий Севера потребуется не только специальный карьерный, но и общественный транспорт, обеспечивающий надежную работу в условиях бездорожья, а также на слабонесущих грунтах.

Двухзвенный гусеничный снегоболотоход ГАЗ;3344, произ; водства ЗАО «Заволжский завод гусеничных тягачей» (Группа ГАЗ), специально создан для перевозки людей, грузов и раз; личного технологического оборудования в особо тяжелых до; рожных и климатических условиях

Двухзвенный гусеничный снегоболотоход ГАЗ-3344, производства ЗАО «Заволжский завод гусеничных тягачей» (Группа ГАЗ), специально создан для перевозки людей, грузов и различного технологического оборудования в особо тяжелых дорожных и климатических условиях

Технологический комплекс ДТ;30ПМНК9 смонтирован на шасси гусеничного двухсекционного снегоболотохода ДТ;30ПМН (АО МК «Витязь»). Обороудован крано;манипуляторной установкой Palfinger, дизельной электростанцией, сварочным аппаратом, грязевым насосом и другим оборудованием

Технологический комплекс ДТ-30ПМНК9 смонтирован на шасси гусеничного двухсекционного снегоболотохода ДТ;30ПМН (АО МК «Витязь»). Обороудован крано;манипуляторной установкой Palfinger, дизельной электростанцией, сварочным аппаратом, грязевым насосом и другим оборудованием

В результате анализа установлено, что на базе снегоболотоходов имеется возможность выпуска всего спектра необходимых специализированных машин для проведения строительно-монтажных, подготовительных работ, а также вспомогательных машин для обеспечения функционирования предприятия. Возможны различные варианты исполнений машин: для перевозки людей; грузовая платформа; аварийно-спасательная; пожарный модуль; буровая установка; телескопическая вышка-подъемник; крановое оборудование; медицинский модуль; пункт технической помощи; транспортер для перевозки длинномерных неделимых грузов; платформа для доставки экскаватора, цистерн и размещения другого технологического оборудования различного назначения. Для возможности передвижения по дорогам общего пользования машины могут комплектоваться асфальтоходными гусеницами [1].

Однозвенный гусеничный снегоболотоход ЧЕТРА TM;140, производ; ства ОАО «Курганмашзавод» (Концерн «Тракторные заводы»), пред; назначен для использования в качестве транспортного средства для перевозки людей, грузов, а при монтаже различных модулей и агре; гатов машинной специального назначения

Однозвенный гусеничный снегоболотоход ЧЕТРА TM-140, производства ОАО «Курганмашзавод» (Концерн «Тракторные заводы»), предназначен для использования в качестве транспортного средства для перевозки людей, грузов, а при монтаже различных модулей и агрегатов машинной специального назначения

Однозвенный гусеничный снегоболотоход бурения ГТ;ТР;12 «АРГУТ» (ООО «Алтайтрансмаш;сервис»), оборудованный буровым станком УРБ2А2, предназначен для бурения водозаборных, взрывных, геофи; зических и структурно;поисковых скважин

Однозвенный гусеничный снегоболотоход бурения ГТ-ТР-12 «АРГУТ» (ООО «Алтайтрансмаш-сервис»), оборудованный буровым станком УРБ2А2, предназначен для бурения водозаборных, взрывных, геофи-зических и структурно-поисковых скважин

Наиболее целесообразно предусматривать применение снегоболотоходной техники при сроках отработки карьера до 5 лет и объемах перевозок до 0,5 млн т/год, так как в таких условиях отпадает необходимость строительства круглогодичных автодорог [2]. Но нужно учитывать негативное влияние гусеничного движителя на почвенный покров.

Большегрузные многозвенные автопоеза

Одно из перспективных направлений в развитии грузовой автомобильной техники для условий Севера, которое в последние годы активно развивают ведущие мировые производители, – автопоезда большой длины и соответственно повышенной грузоподъемности, созданные на основе звенной компоновки [3, 4].

Большегрузные многозвенные автопоеза в силу своих конструктивных особенностей обеспечивают ряд существенных преимуществ в использовании по сравнению с одиночными транспортными средствами равной грузоподъемности:

- повышение производительности за счет роста грузоподъемности и скорости движения не менее чем в 1,5 раза;

- уменьшение себестоимости перевозок не менее чем на 20%;

- увеличение грузоподъемности и производительности автопоезда приводит к росту осевых нагрузок на дорогу;

- повышение удельной производительности автопоезда (в расчете на тонну перевезённого груза);

- оснащение автопоезда несколькими источниками энергии;

- наличие в составе автопоезда нескольких ведущих мостов (минимум по одному в каждом звене);

- равномерное распределение тягового усилия по длине (между звеньями) автопоезда;

- возможность обеспечения габаритных размеров и нагрузок на оси, отвечающих требованиям дорог общего пользования;

- возможность использования массовых автомобильных шин;

- более низкая себестоимость изготовления в связи с модульностью конструкции и высокой унификацией с существующими транспортными средствами;

- сокращение удельных затрат (на единицу грузоподъемности) на строительство и содержание ремонтно-сервисной базы и площадок хранения для прицепов и полуприцепов в межсменное время;

- уменьшение затрат на ремонт, обслуживание и амортизационные отчисления прицепного парка;

- повышенная производительность автопоездов обуславливает уменьшение численности транспортного парка [3].

Большегрузный многозвенный автопоезд производства МЗ «ТОНАР»

Большегрузный многозвенный автопоезд производства МЗ «ТОНАР»

Следует особо отметить, что при работе на слабонесущих грунтах важное значение имеет давление оси транспорта на грунт. И в этом плане использование автопоездов предпочтительнее, чем тяжелых самосвалов такой же грузоподъемности.

Так как эксплуатация разрабатываемого автопоезда предусматривается по челночной схеме движения, его длина не представляет серьезного препятствия. Можно менять положение тягача по отношению к прицепам, и тем самым диктовать направление движения автопоезда. Также есть возможность подсоединять несколько тягачей в том случае, если мощность одного будет недостаточной. Важной конструктивной особенностью многозвенных автопоездов является наличие однотипных или унифицированных элементов в каждом звене.

Строительство постоянных автодорог позволит также обеспечить удешевление и круглогодичность доставки оборудования и материалов на промышленную площадку карьера по сравнению с доставкой в ограниченное время по зимникам или вертолетами.

Разработку специализированного многозвенного автопоезда с активными осями для эксплуатации в условиях Арктики и циркумполярных территорий в настоящее время ведут специалисты НАН Беларуси совместно с НТЦ карьерной техники и технологий (руководитель – директор П.Л. Мариев) в составе государственного научного учреждения «Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси» и ИГД УрО РАН.

Специальная железная дорога

На основе анализа применения различных видов промышленного транспорта в условиях Западной Якутии (автомобильный, железнодорожный, конвейерный и др.) установлено, что при больших грузооборотах и продолжительном сроке отработки месторождений определенное преимущество имеет железнодорожный транспорт. Но в связи с затруднительным использованием узкоколейной и железной дороги нормальной колеи в условиях Западной Якутии, группа специалистов ИГД УрО РАН, возглавляемая к.т.н. П.И. Тарасовым, предложила новый тип железных дорог, названный «облегченная» железная дорога. Ее особенность состоит в применении традиционного для России железнодорожного пути колеёй 1520 мм, но с подвижным составом меньшей грузоподъёмности, по сравнению с традиционным. Данное решение приведет к уменьшению нагрузки на грунт и снижению затрат на строительство железнодорожной насыпи.

При этом сооружение железнодорожных путей к отдельным карьерам необходимо только на период их эксплуатации. А затем при необходимости пути могут быть разобраны и перенесены на другие участки.

На текущий момент сетью «облегченных» железных дорог, целесообразно соединить одни из самых крупных населенных пунктов Западной Якутии: Якутск – Мирный – Усть-Кут – Удачный – Тикси (или Юрюнг-Хая) и в первую очередь Мирный – Удачный. Порт Тикси – один из наиболее подготовленных для освоения северных территорий Якутии, т.к. имеет готовую инфраструктуру и достаточно большой грузооборот.

Применение железнодорожного транспорта рационально при значительном объеме перевозок (более 4–5 млн т/год) для относительно крупных карьеров, либо при создании единой сети железнодорожного транспорта для нескольких месторождений при одновременной или поочерёдной, в наступающем порядке, их отработке.

Дополнительным преимуществом может служить возможность привлечения государственного софинансирования строительства железных дорог в регионе с целью развития всей инфраструктуры региона.

Разработку основного оборудования и прежде всего подвижного состава осуществляет ОАО «Белорусский автомобильный завод», ОАО «Желдорреммаш» и ряд других организаций России и Республики Беларусь.

Предлагаемая сеть «облегченных» железных дорог на территории Республики Саха (Якутия)

Предлагаемая сеть «облегченных» железных дорог на территории Республики Саха (Якутия)

Выводы

Выбор наиболее экономичного вида транспорта для каждого месторождения должен определяться с учётом конкретных горнотехнических условий и по уточненным инженерногеологическим изысканиям. При малых сроках выгоднее применять виды транспорта с минимальными капитальными затратами, при длительных сроках эксплуатации и возможности увеличить срок возврата вложенных инвестиций преимущество получают виды транспорта со значительными капитальными, но низкими эксплуатационными затратами.

Информационные источники:
  1. Тарасов П.И. Обоснование путей развития транспортных средств для освоения северных территорий России. Материалы XII Международной научно-практической конференции «Проблемы карьерного транспорта» 1–4 октября 2013 г. / ИГД УрО РАН. Екатеринбург: УрО РАН, 2013. с. 137–151.
  2. Тарасов П.И., Журавлев А.Г., Черепанов В.А., Исаков М.В., Баланчук В.Р., Акишев А.Н., Бабаскин С.Л. Проблемы магистрального транспортирования руды от удаленных кимберлитовых месторождений. Материалы XII Международной научно-практической конференции «Проблемы карьерного транспорта» 1–4 октября 2013 г. / ИГД УрО РАН. Екатеринбург: УрО РАН, 2013. с. 155–165.
  3. Гайсенок И.В., Дюжев А.А., Кочетов С.И., Мариев П.Л., Тарасов П.И., Харитончик С.В. Перспективы разработки многозвенных автопоездов для горных работ. Материалы XII Международной научно-практической конференции «Проблемы карьерного транспорта» 1–4 октября 2013 г. / ИГД УрО РАН. Екатеринбург: УрО РАН, 2013. с. 19–27.
  4. Зырянов И.В., Павлов В.А., Кондратюк А.П., Моряков А.В., Альмяшев Р.К. Опытно-промышленная эксплуатация многозвенных автопоездов SCANIA в Удачнинском ГОКе. - Журнал «Горная Промышленность». №6 (118) / 2014. - c. 38–40.
  5. Земсков А.Н. Полетаев И.Г. Перспективы использования грузовых подвесных канатных дорог. Журнал «Горная Промышленность». №2 (51) / 2004. - с. 32–34.
  6. Яковлев В.Л., Тарасов П.И., Журавлев А.Г. История и перспективы троллейвозного транспорта. Новые специализированные виды транспорта для горных работ Екатеринбург: УрО РАН, 2011. 375 с.
Ключевые слова: Арктика, Якутия, бездорожье, специализированный транспорт, слабонесущий грунт, многозвенные автопоезда, болотоходы, транспорт на воздушной подушке

Журнал "Горная Промышленность"№5 (123) 2015, стр.64