Повышение эффективности работы экскаваторноавтомобильных комплексов при формировании транспортной схемы глубоких карьеров технологическими модулями

© С.А. Филиппов, А.А. Куролов, 2007

УДК 622.271

С.А. Филиппов, А.А. Куролов

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ЭКСКАВАТОРНО-АВТОМОБИЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ТРАНСПОРТНОЙ СХЕМЫ ГЛУБОКИХ КАРЬЕРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ МОДУЛЯМИ

Анализ современного состояния разработки месторождений открытым способом в странах СНГ убедительно свидетельствует о резком увеличении глубины действующих карьеров. С увеличением глубины карьера проявляется отрицательное влияние факторов на оценку и выбор параметров открытых горных работ и соответственно, ухудшаются технико-экономические показатели работы, в основном за счет снижения производительности основного горнотранспортного оборудования.

При отработке месторождений глубокими карьерами расходы на перемещение горной массы в общей себестоимости добычи полезных ископаемых достигают 70 %, при этом производительность карьера и темп углубления горных работ снижаются.

Достижение и надежное поддержание проектной производительности карьера по горной массе (руде) в значительной степени определяется решениями по системе разработки и транспортной схеме карьера.

Основная тенденция при отработке месторождений глубокими карьерами - применение комплексов циклично-поточной технологии (ЦПТ). Для глубоких карьеров с большими производственными мощностями воз-

можны значительные положительные технико-экономические эффекты при внедрение ЦПТ по сравнению с транспортированием горной массы автотранспортом. Но, в настоящее время внутренние резервы повышения эффективности ЦПТ с конвейерами традиционного исполнения исчерпаны и наблюдается даже определенный спад. Этому способствовали большие объемы горно-подготовительных работ, сроки строительства и эксплуатации стационарного дробильно-перегрузочного пункта (ДПП), что предопределяет работу сборочного автотранспорта в нерациональных условиях, и снижает его эксплуатационные показатели и ЦПТ в целом.

Специалистами карьера Мурунтау Навоийского ГМК [1] была установлена закономерность изменения затрат на транспортировании горной массы с увеличением глубины карьера (рис. 1). Из графиков рис. 1. следует, что не своевременный переход на новую транспортную схему транспортирования ведёт к колоссальным убыткам от разработки всего месторождения. Следовательно, при техникоэкономической оценке проекта разработки необходимо оценивать тенденции и формировать принципиаль-

ную схему отработки месторождения различными комплексами оборудования. При этом приоритетными являются вопросы выбора схемы отработки и транспортирования горной массы, так как ее доля в себестоимости, добываемой горной массы значительна.

Для компенсации быстрого темпа углубления карьера использующих комплексы ЦПТ разработано новое специализированное оборудование.

К такому типу оборудования относятся ленточные крутонаклонные конвейеры (КНК), передвижные дробильно-передвижные пункты (ПДПП) в модульном исполнение, дробилки с загрузкой на горизонте их установки и др. Более того, научными и проектными институтами уже разработаны КНК и ПДПП применительно к карьерам СНГ.

Поэтому переход от существующих транспортных схем с применением автомобильного, железнодорожного транспорта и конвейеров традиционного исполнения на новые транспортные схемы, в том числе и схемах основанных на применении КНК и ПДПП является неизбежным процессом или же существующие транспортные схемы будут работать за пределами их рациональной области.

Рис. 1. Зависимости изменения себестоимости транспортирования горной массы в карьере Мурунтау

В настоящее время в странах СНГ нет опыта применения КНК и ПДПП. Переход затруднен еще и допущенными ошибками на стадиях предпроектных и проектных работ формирования транспортной схемы карьера и планов отработки месторождения. Так как на развитие и формирование существующих транспортных схем вложены огромные деньги и с углублением глубины карьера они непременно возрастут. Реконструкция карьерного транспорта и переход на новые, экономически обоснованные транспортные схемы требует времени и больших капитальных затрат.

Проблема сформировалась из-за отсутствия оперативных методов проектирования транспортных схем карьеров, со значительными сроками эксплуатации. Вследствие чего были допущены грубые ошибки при проектировании транспортных схем и планов отработки месторождений глубокими карьерами.

Авторами статьи были проведены исследования по применению МДПК состоящих из ПДПП и крутонаклонного перегружателя (КНП) в структуре ЦПТ глубокого карьера. На условном примере рассмотрены возможности и эффективность применения автомобильного и крутонаклонного конвейерного транспорта при использовании МДПК в транспортных схемах и формирования принципиальной схемы отработки месторождения. Для этого месторождение по вертикали разделено на уступы оди-

& 2,5

Й & 2,25

Ы 03

3 О

£ о я

1,5

Л у

л Г*

1 У У Г*

-1 і У •

А Ґ с г-1

и г В

1

Рис. 2. Зависимости изменения затрат на транспортирование горной массы по глубине карьера

5 30 45 60 75 90 105 12

ГЛУБИНА КАРЬЕРА, м -АВТО ВВЕРХ ЦПТ МДПК КНК-1 -

ПЕРЕХОД

наковой высоты. Моделировались транспортные схемы глубоких карьеров, условно разделенные на 2 варианта:

1. Транспортная схема с транспортированием горной массы исключительно автосамосвалами (цикличными видами транспорта).

2. Транспортная схема с транспортированием горной массы автосамосвалами до ПДПП МДПК и с дальнейшей транспортировкой горной массы крутонаклонным конвейерным транспортом.

При этом объём горной массы -слой ограниченный верхней и нижней бровками уступа, вывозится автомобильным (вариант 1) и атомобильно-конвейерным (вариант 2) транспортом.

В исследованиях рассчитывались затраты на транспортирование горной массы по двум вариантам. Для этого использованы технолого-эконо-мические характеристики МДПК (разработанные для условий карьера Му-рунтау) а также технико-экономические показатели работы карьера.

В базовом варианте исследовался карьер глубиной 165 м с 15 метровыми уступами. В экскаваторноавтомобильном комплексе (ЭАК) использовались экскаваторы ЭКГ-12,5 и

автосамосвалы САТ-785, грузоподъемностью 136 т.

В качестве исходных данных для расчета экскаваторно-автомобильного комплекса были приняты:

- физико-механические характеристики разрабатываемых горных пород;

- характеристика забоя

экскаватора;

- типоразмеры и параметры автотранспорта и экскаваторов;

- погоризонтные характеристики участков трассы.

Расчет характеристики ЭАК по первому и второму вариантам был произведен по методике проф. Мед-никова Н.Н. (разработанной кафедрой ТО МГГУ) [2]. В вариантах определялись количество автосамосвалов, производительность ЭАК, производительность и пробег автосамосвала, коэффициент загруженности ЭАК и расход дизтоплива в смену.

Совокупность взаимосвязанных формул, используемых в расчетах, позволила исследовать эффективность работы экскаваторно-автомобильного комплекса.

Обработав результаты расчетов, получили экономически целесообразную точку перехода от одного вида транспорта на другой с увеличением глубины карьера (рис. 2, точка А). На рис. 2 показаны графики изменения затрат на транспортировании горной массы по глубине разработки карьера. Точка (А) на рис. 2 указывает на целесообразность перехода к варианту 2 - это глубина между 45 и 60 м, а точка (В) месторасположение концен-

2

трационного горизонта для МДПК. Заметим, что с увеличением глубины карьера зависимости удельных затрат на транспортирование горной массы по первому (автотранспорт) и второму (ЦПТ) вариантам резко расходятся, что указывает на значительную разницу в затратах.

Для определения области транспортирования горной массы автотранспортом вверх запишем условие [3]:

Т у^авт —- /^авт . Т сМДПК

0 С/-1 — /-1 С/-1 + 0 С/-1

при этом рациональная глубина ввода МДПК (1-уступа) определяется из условия:

0 Савт >- Савт + Т СМДПК + Пэ

где С - удельные затраты

на транспортирование горной массы, соответственно, автотранспортом, крутонаклонным конвейером и мобильным дробильно-перегрузочным комплексом; - ^ ^ С - направление грузопотоков, соответственно, (-) - горизонтально, | - вверх, I - вниз; С -начальный горизонт (уступ) от которого транспортируется горная масса; 1, п, т, р, э е К; начальные значения уступов; 0 - нулевой уступ, поверхность; £ - конечный горизонт (уступ) до которого транспортировалась горная масса при определенном виды транспорта; Пэ - сумма переходной эффективности от цикличного вида транспорта на комбинированную, связанная с организацией работы комбинированной транспортной схемы.

Из условия (1, 2) и с учетом закономерностей изменения ситуации показанной на рис. 2, следует что:

- рациональная глубина ввода МДПК начинается с 1 значения уступа, в нашем примере 1 = 4 уступа, 60 м;

- рациональная область транспортирования горной массы автотранс-

•му

портом вверх равна до 1 у значению уступа, так как до ввода МДПК вскрытие горизонта и транспортирование горной массы осуществляется автотранспортом.

Заметим, что эффективно проектировать КНП с параметрами равными рациональной глубине ввода МДПК. КНП с такими параметрами обеспечит минимум затрат на транспортирование горной массы и значительные технологические и организационные преимущества.

На основе анализа развития транспортных схем действующих карьеров установлено, что их формирование представляет значительные трудности. В связи с этим возникает необходимость в изучении возможностей формирования эффективной транспортной схемы. Эффективно осуществлять это исследование, разбив транспортную схему на подсистемы, выделив в подсистемном уровне (технологический модуль), а затем на основании свойств подсистем и связей между ними формировать вывод о принципах формирования ЦПТ в целом.

Технологический модуль включает в себя элементарные блоки формирования транспортной схемы глубокого карьера, но с более детальным учетом влияющих на него факторов.

На рис. 3 показана принципиальная схема распределения грузопотоков при применении МДПК в транспортной схеме карьера.

Ситуация отраженная на рис. 2 и рис. 3, раскрывающая направления грузопотоков в соответствии с применяемым комплексом горнотранспортного оборудования характеризует технологический модуль отработки карьера.

Технологический модуль - это совокупность технологических и организационных решений, определяющих

КОНТУР КАРЬЕРА -АВТО ВВЕРХ КНК

*— ППК ----ГОРИЗОНТЫ

-•—МДПК ----АВТО ГОР

---КОНТУР ПРЕДЫДУЩЕГО ЭТАПА

последовательность выполнения технологических процессов и целенаправленность грузопотоков, в ограниченной по высоте и в плане зоне с параметрами горно-транспортного оборудования, выбранными в соответствии с экономически обоснованными и рациональными границами его применения.

Формирование технологического модуля состоит из двух этапов (рис. 3):

1-этап - формирование технологического модуля (разработки месторождения) начинается со вскрытия первого горизонта и заканчивается со вскрытием 1-того горизонта для МДПК, транспортировка горной массы до приемно-перегрузочного комплекса (ППК) автомобильным транспортом. В нашем варианте это горизонт - 60 м.;

2-этап - начинается с запуска МДПК и разделением грузопотоков, закончится со вскрытием К-того горизонта для ДПП КНК который, служит ППК нижерасположенного МДПК, горная масса с верхних горизонтов транспортируется автомобильным транспортом, а начиная горизонта установки ПДПП автомобильным транспортом до ПДПП и через КНП до ППК (поверхности).

Уровень эффективности техникоэкономических показателей технологического модуля определяется сово-

Рис. 3. Принципиальная схема формирования технологического модуля и распределения грузопотоков

купностью факторов, включающих технологические, природные, конструктивные, организационные и экономические факторы. Эффективность применения технологического модуля на карьерах определяется показателем удельных затрат на транспортирование единицы горной массы.

На основе проведенных исследований разработан алгоритм расчета обоснования параметров (требуемая производительность МДПК, высота КНП, рациональная область применения автотранспорта, месторасположение ПДПП и КНП, длина горизонтальных конвейеров, количество ЭАК, направление грузопотоков и т.д.) технологического модуля.

Разработана методика формирования транспортной схемы глубоких карьеров технологическими модулями при применении МДПК.

Методика позволяет использовать автотранспорт, МДПК и КНК в соответствие с рациональными областями их применения на весь срок существования карьера. Концентрационные горизонты для КНК обосновывается и вскрывается при использовании автотранспорта и МДПК, тем самым, исключая переносы ДПП КНК вслед за развитием горных работ за счет временного концентрационного горизонта под ПДПП МДПК.

Разработанная методика формирования транспортных схем глубоких карьеров технологическими модулями позволяет свести затраты транспортирования горной массы к минимуму,

Рис. 4. Зависимости изменения количество автосамосвалов по глубине карьера

Рис. 5. Зависимости изменения производительности ЭАК по глубине карьера

При автотранспорте

Глубина карьера, м При применении МДПК

- При применении КНК

При автотранспорте

Глубина карьера, м При применении МДПК При применении КНК

чем значительно повышает эффективность автомобильно-конвейерного транспорта в сравнении с другими видами транспорта.

Переход от транспортной схемы с применением автомобильного транспорта на схему с ЦПТ (МДПК и КНК) ведения горных работ сокращает количество автосамосвалов работающих внутри карьера, что показано рис. 4. При применении КНК-105 (105-высота подъема горной массы), количество автосамосвалов в одном ЭАК колеблется от 3 до 4,2 при глубине 150 м, тогда как при применении только автомобильного транспорта требуются более семи автосамосвалов. Сокраще-

ние количества автосамосвалов при применении МДПК в транспортной схеме карьеров составляет до двух автосамосвалов в каждом ЭАК.

Проведенными исследованиями установлено, что при формировании транспортной схемы по предлагаемой методике производительность ЭАК до конца отработке карьера не снизится ниже уровня 94-96 % от производительности транспортирования горной массы по горизонту. В то время при транспортировании горной массы чисто автотранспортом уже на глубине 150 м теряется 1415 % производительности. То есть чем больше высота подъема горной массы автотранспортом, тем больше потери производительности ЭАК.

Для расчетного примера выполненного нами при глубине 150 м, производительность ЭАК состоящего из ЭКГ-12,5 и автосамосвала САТ-785 составляет 3900 м3/смену, а по второму варианту 4300 м3/смену, что подтверждает вышесказанное. При этом коэффициенты загруженности ЭАК равны, а количество автосамосвалов (рис. 4) и соответственно расход дизтоплива при автомобильном транспорте больше.

Исходя из полученных результатов исследования, можно делать выводы о том, что удельные затраты транспортирования горной массы растет как за счет увеличения высоты подъема, расстояния транспортирования и количества автосамосвалов, так и за счет снижения производительности экскаваторов и ЭАК в целом.

1. Совершенствование процессов открытой разработки сложно структурных месторождений эндогенного происхождения. Под. ред. Н.И. Кучерского. Ташкент. Фан, 1998 г. - 254 с.

2. Медников Н.Н. Математические методы и модели в расчетах на ЭВМ.

Расчеты выполненные по разработанной методике формирования транспортной схемы глубоких карьеров технологическими модулями при применении МДПК и КНК показывают, что возможно стабилизировать удельные затраты транспортирования горной массы из глубоких карьеров.

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Учебное пособие. - М.: МГГУ, 1996. -С. 47-128.

3. Сытенков В.Н., Филиппов С.А., Ку-ролов А.А. О стратегии открытой разработки на основе формирования технологических модулей. //Г орный вестник Узбекистана 2005, №4. С 29-34. ЕЕЕ

— Коротко об авторах--------------------------------------------------------------

Филиппов Сергей Александрович - академик РАЕН, доктор технических наук, профессор кафедры «Технологии, механизации и организации открытых горных работ» Московского государственного горного университета,

Куролов Адиз Асрокулович - аспирант кафедры «Технологии, механизации и организации открытых горных работ» Московского государственного горного университета.

Статья представлена кафедрой «Технология, механизация и организация открытых горных работ» Московского государственного горного университета.

---------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГРЕСОВ Александр Иванович Геолого-промышленная оценка ресурсов метана угольных бассейнов Приморья 25.00.16 к.т.н.

21