Автопоезда - новая техника для эффективного освоения кимберлитовых месторождений Республики Саха (Якутия)

Автопоезда — новая техника для эффективного освоения кимберлитовых месторождений Республики Саха

П.И. Тарасов, к.т.н., ведущий научный сотрудник, Институт горного дела Уральского отделения РАН (ИГД УрО РАН) И.В. Зырянов, д.т.н., зам. директора по научной работе, Институт «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА» (ПАО) А.П. Кондратюк, главный специалист, Институт «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА» (ПАО) М.Л. Хазин, д.т.н., профессор, ФГБОУ ВО «Уральский государственный горный университет» (УГГУ)_

В Арктической части Республики Саха (Якутия) транспортные средства эксплуатируются в экстремально суровых условиях, отличающихся от условий внутренних регионов страны. Поэтому для освоения арктической зоны РФ горные и транспортные предприятия нуждаются в специальных видах транспортных средств, горной техники и другого оборудования.

По экспертным оценкам, на карьерных и прикарьер-ных автодорогах многих месторождений, расположенных на территории Республики Саха (Якутия) и намечаемых к разработке в ближайшие годы, найдут применение специальные многозвенные поезда большой длины и соответственно повышенной грузоподъемности. Их конструкцию в настоящее время разрабатывают специалисты Национальной академии наук Беларуси (НАН Беларуси) и НТЦ карьерной техники и технологий в составе Объединенного института машиностроения НАН Беларуси совместно с Институтом горного дела УрО РАН (ИГД УрО РАН). На текущее время - это одно из самых перспективных направлений развития грузовой, в том числе карьерной автомобильной техники. Разработчики и эксплуатирующие организации отмечают их высокую эффективность на перевозках грузов [1].

Подробное описание конструктивных и технологических особенностей карьерных многозвенных автопоездов приведено в работе [2].

К основным преимуществам полноприводных многозвенных автопоездов перед одиночными транспортными средствами аналогичной грузоподъемности относятся:

- большая в 1,5-2 раза производительность, на 20-35% меньшая себестоимость перевозок;

- при этом, несмотря на существенно увеличенную грузоподъемность автопоезда по сравнению с одиночными автомобилями, нагрузка на дорогу при их эксплуатации не превышает нормативно допустимых значений;

- более низкая удельная стоимость автопоезда;

- меньшие вложения на строительство и содержание ре-монтно-сервисной базы и площадок хранения в межсменное время - в расчете на единицу грузоподъемности для прицепов и полуприцепов;

- меньшие затраты на ремонт и обслуживание и меньшие амортизационные отчисления на прицепной парк автопоездов;

- меньший парк эксплуатируемых автопоездов в связи с их более высокой единичной производительностью. На современном этапе развития промышленного транспорта область рационального применения автопоездов характеризуется:

- технологическими автодорогами с низкой интенсивнос-

тью или полным отсутствием движения автотранспорта общего пользования;

- автодорогами с удовлетворительным состоянием дорожного полотна;

- значительными расстояниями перевозок (20-200 км);

- значительными годовыми объемами грузоперевозок. Характерный для автопоездов принцип движения «колесо-

в-колесо» и применение специальных устройств гарантируют безопасное их движение под уклон, исключающее риск

Карьерный самосвал Тонар-45251

• Объём кузова 37 м3. Для пере- • Объём кузова 25 м3. Для перевозки сыпучих грузов оборудо- возки скальной породы ИЗГ0Т0В-ван задним откидным бортом с лен из листов увеличенной тол-верхней осью вращения. щины, не имеет заднего борта.

www.tonar.info Идт!

Табл. 1 Геотехнологические параметры алмазных месторождений беднотоварных руд

Параметры Месторождения

«Зарница» «Верхняя Муна» «Дальняя» « Иреляхская» «Краснопресненскаяя»

Обогатительная фабрика №12 №12 №12 №12 №14

Объемный вес руды, т/м3 2,32 2,42 2,55 2,5 2,36

Коэффициент разрыхления в развале после взрывания 1,4

Возможная производительность, млн т/год 5,0 3,0 0,8 0,35 1,5

Срок существования грузопотока, лет 20 25 11 16 15

Удаленность от ОФ*, км 20 135 30 32 30

Максимальный размер куска руды, принимаемый ОФ, мм 1200 1200 1200 1200 1200

складывания прицепной части состава.

Следует особо отметить, что при движении колесного транспорта по слабонесущим грунтам значительное влияние на его скорость оказывает давление оси транспорта на грунт. И в этом плане использование автопоездов предпочтительнее, чем тяжелых жесткорамных самосвалов такой же грузоподъемности.

Кроме того, необходимо учитывать режим нагрузок на транспортные средства при разработке месторождений, обусловленный чередованием движения автомобиля в карьере под уклон и на подъем и по горизонтальным участкам после выезда из карьера. На каждом участке пути его движения требуется соответствующая мощность двигателя. Поэтому в условиях Арктики чередование подъемов и спусков с горизонтальными участками на трассах движения груженого и порожнего автомобилей предъявляет самые жесткие требования к прочности конструкции и надежности узлов и силовых агрегатов. Эти задачи успешно решаются при исполь-

* в скобках данны значения Инситута «Якутнипроалмаз»

зовании автопоездов с подключаемыми «активными» осями, которые включаются в работу при возникновении необходимости повышения мощности двигателя автомобиля.

Не менее важную роль играет конструктивная особенность многозвенных автопоездов, состоящая в применении однотипных или унифицированных элементов в каждом звене.

Строительство постоянных автодорог для эксплуатации автопоездов позволит также обеспечить удешевление и круг-логодичность доставки оборудования и материалов на промышленную площадку карьера по сравнению с их сезонной переброской по зимникам или вертолетами [3].

Более полноценное освоение северных территорий может быть достигнуто на следующем этапе создания постоянно действующей транспортной инфраструктуры, когда будут построены и введены в эксплуатацию железные дороги.

На основе анализа опыта применения различных видов промышленного транспорта в условиях Западной Якутии (автомобильный, железнодорожный, конвейерный и др.) ус-

Табл. 2 Параметры речных преград для трасс и протяженность отстраиваемых автодорог

Параметры Вид транспорта

все, кроме ж.д. карьерные автосамосвалы, тяжелые автопоезда автосамосвалы общего назначения* все, кроме ж.д.

Месторождение «Зарница» «Иреляхская» «Дальняя» «Иреляхская» «Дальняя»** «Краснопресненская»

Суммарная протяженность мостов, м 120 75 0 0 0 170

Средневзвешенная глубина рек, м 0,9 0,1667 0 0 0 0,6765

Годовой объем перевозок, тыс.т 5000 0,35 0,8 0,35 0,8 1500

Дальность транспортирования, км 18,1 22,7 29,4 24,3 30,5 28,5

Длина отстраиваемых дорог, км 18,1 22,7 9 6,8 9 28,5

* вариант трассы автосамосвалов общего назначения с малой осевой нагрузкой с выездом на автодорогу общего пользования Айхал - Удачный; ** во всех вариантах рассматривается

Табл. 3 Основные технические параметры автопоездов Scania, Volvo и ТОНАР в Удачнинском ГОКе

Марка ТС Грузоподъемность, т Конфигурация автопоезда Масса конфигурации автопоезда, т Дата ввода в эксплуатацию Мощность двигателя, л.с/кВт Удельная мощность двигателя*, кВт/т

Scania 620 S4МК 70 тягач + прицеп 18,8 + 12 04.2014 620/459 4,59

Scania 620 S4МК 70 тягач + прицеп 18,8 + 12 04.2014 620/459 4,59

Scania 620 S4МК 80 тягач + прицеп 18,8 + 13 05.2015 620/459 3,99

Scania 620 S4МК 90 тягач + прицеп 18,80 + 17 05.2015 620/459 3,65

Volvo 520 FH 70 тягач + прицеп 14,2 + 11,2 08.2014 520/385 3,85

Scania 620 S4МК 90 тягач + прицеп 18,8 + 17 03.2016 620/459 3,65

Scania 620 S4МК 90 тягач + прицеп 18,8 + 17 03.2016 620/459 3,65

Scania 620 S4МК 90 тягач + прицеп 18,8 + 17 03.2016 620/459 3,65

Scania 620 6Х4 два полуприцепа ТОНАР 95 седельный тягач + тандемные полуприцепы 80 + 200 04.2016 620/459 3,67

Volvo 750 FH 90 тягач + прицеп 19,6 + 20,4 04.2016 750/555 5,7

Volvo 750 FH 90 тягач + прицеп 14,6 + 17,2 план 09-12.2016 750/555 5,7

Тонар-45252 130 седельный тягач + тандемные полуприцепы 18 + 42 10.2016 603/447 3,17

Расстояние транспортирования, км

Рис. 1 Продольный профиль трассы «Рудный склад тр. Зарница - |

тановлено, что при больших грузооборотах и многолетней отработке различных месторождений может получить железнодорожный транспорт.

В связи с затруднительным использованием традиционной железной дороги в условиях Западной Якутии ИГД УрО РАН прорабатывает идею применения нового типа железных дорог - на основе специализированной «облегченной» конструкции. Это обусловлено тем, что при эксплуатации обычной железной дороги в условиях Арктики не всегда возможно обеспечить грузооборот, позволяющий эффективно ее использовать, и очень проблематична перегрузка доставленного груза с одного вида транспорта на другой. Ее смысл состоит в сочетании применения традиционной для России железнодорожной колеи 1520 мм (для исключения перегрузки грузов при стыковании с традиционной железной дорогой) с облегченным подвижным составом. Такое решение приведет к уменьшению нагрузки на полотно и насыпь железной дороги и к снижению затрат на строительство железнодорожной насыпи.

все железная дорога

«Верхняя Муна» «Зарница» «Краснопресненская» «Дальняя»**

465 120 10 0

0,433 0,9 0 0

3000 5000 1500 800

152 28,3 46,6 34,4

152 28,3 46,6 13,9

транспортирование от тр. Дальней до тр. Иреляхской и далее по единой автодороге до ОФ №12

,ный склад ОФ №12»

При этом прокладка железнодорожных путей к отдельным карьерам будет необходима лишь на период их эксплуатации. А затем при необходимости ж.-д. полотно может быть разобрано и перенесено на другие участки.

Стоимость строительства специальной «облегченной» железной дороги будет значительно ниже, ввиду уменьшения материалоемкости и объема работ по сооружению насыпи и верхнего строения путей.

Предлагаемый вид железной дороги позволяет использовать основные преимущества ранее применяемых узкоколейных железных дорог (скорость строительства, эффективность и т.д.), ликвидировав их технологический недостаток - необходимость перегрузки грузов для их дальнейшей доставки по ж.-д. путям нормальной колеи.

В связи с этим предполагается создание технологических транспортных «артерий» из автомобильных дорог на первом этапе, а в дальнейшем, на втором этапе, и железных дорог, которые будут пронизывать всю территорию Якутской алмазоносной провинции и одновременно могут стать основой Якутского транспортного коридора. Этот коридор позволит обеспечить транспортную связь всех алмазодобывающих и других предприятий региона Западной Якутии с остальной Россией: объединить через Тикси (или Юрюнг-Хая) материковую часть с Северным морским путем; через Усть-Кут - с западной частью России, Казахстаном и Средней Азией; через Якутск - с восточной частью России, вплоть до Тихого океана.

При этом необходимо иметь в виду, что в настоящее время ведется строительство федеральной автомобильной трассы Усть-Кут - Мирный - Якутск и завершается строительство железной дороги Томмот - Якутск, а затем и Якутск - Магадан.

Нагрузка на ось (факт/допустимая), т Кол-во осей, шт. Кол-во звеньев, шт. Габаритные размеры автопоезда (длинахширинахвысота), мм Дата ввода в эксплуатацию Расчетная скорость** (груженный/порожний), км/ч Полная масса автопоезда, т

16,6/18 7 2 18600x2500x3900 04.2014 41/45 100

16,6/18 7 2 18600x2500x3900 04.2014 41/45 100

17,6/18 7 2 20060x2500x3750 05.2015 41/45 101

16,5/18 8 2 22180x2500x3750 05.2015 35/45 125

16,6/18 7 2 19440x2500x3800 08.2014 41/45 96

16,5/18 8 2 22180x2500x3750 03.2016 35/45 125

16,5/18 8 2 22180x2500x3750 03.2016 35/45 125

16,5/18 8 2 22180x2500x3750 03.2016 35/45 125

14,5/25 7 3 21800x2500x4150 04.2016 41/45 123

16,5/18 8 2 22180x2500x3750 04.2016 41/45 131

16,5/18 8 2 22180x2500x3750 09-12.2016 (план) 41/45 131

25/25 8 3 28500x3000x4150 10.2016 н/д 190

* удельная мощность двигателя к полной массе автопоезда; ** расчетная среднетехническая скорость «Горная Промышленность» №5 (129) / 2016 | 47

Следует отметить, что строительство дорог для формирования Якутского транспортного коридора можно начинать практически одновременно от всех имеющихся поселений, расположенных по его трассе [3].

Расширение минерально-сырьевой базы АК «АЛРОСА» невозможно без вовлечения в отработку новых месторождений. Зачастую эти месторождения представлены небольшими либо довольно бедными кимберлитовыми трубками, расположенными удаленно от центров с развитой инфраструктурой (табл. 1). Строительство обогатительных фабрик на таких площадках, как правило, нецелесообразно, в то же время транспортировка руды стандартным карьерным автотранспортом на существующие обогатительные фабрики связана со значительными эксплуатационными затратами. Одна из возможностей повысить эффективность отработки таких месторождений заключается в применении более дешевых видов магистрального транспорта руды от месторождений до обогатительных фабрик действующих ГОКов.

С этой целью Институтом «Якутнипроалмаз» и ИГД УрО РАН были проведены совместные исследования по обоснованию предпочтительных видов транспорта для доставки руды от удаленных кимберлитовых месторождений к обогатительным фабрикам [4].

Параметры трасс отстраиваемых участков автомобильных и, возможно, железных дорог, характеристика речных преград приведены в табл. 2. Продольные профили трасс приведены на рис. 1.

Анализ условий расположения месторождений бедното-варных кимберлитовых руд Крайнего Севера показал, что с целью эффективного их освоения наиболее предпочтительно использовать грузовой подвижной состав общего назначения (автопоезда, в том числе многозвенные), который характеризуется наименьшими эксплуатационными расходами и низкими капитальными затратами на автодороги, мосты и приобретение машин [4].

В настоящее время на Удачнинском ГОКе АК «АЛРОСА» продолжается реализация проекта по использованию автопоездов, как нового элемента перспективной транспортной системы доставки руды с удаленных месторождений (табл. 3) [5].

В апреле 2014 г. поступила первая опытная партия автопоездов в составе карьерного автосамосвала Scania P620CB 8x4 EHZ с прицепами АК-354. Опыт производства самосвальных транспортных средств большой грузоподъемности, предназначенных для суровых климатических условий Западной Якутии, у поставщика отсутствовал, что отразилось на результатах эксперимента - КТГ автопоездов составил лишь 0,76.

С августа 2014 г. на производственной площадке Удачин-ского ГОКа приступили к испытаниям автосамосвала Volvo модели FH с прицепом ИПВ 8590FF.

На сегодня Концерн Volvo имеет 25-летний опыт поставки седельных тягачей и самосвалов средней грузоподъемности для АК «АЛРОСА». Все это было учтено и использовано при создании специального автопоезда Volvo. Однако изготовитель Volvo допустил отклонение от утвержденного АК «АЛРОСА» технического задания на автопоезд, выпустив его с разгрузкой через задний борт, открывающийся при подъеме платформы, что заметно удлинило разгрузочный цикл автопоезда.

Вместе с тем приобретенный практический опыт эксплуатации вышерассмотренных автопоездов подтвердил их бесспорные преимущества: снижение нагрузки на ось при той же грузоподъемности; наиболее полное использование имеющегося запаса мощности двигателей.

Снижение нагрузки на ось за счет увеличения их числа позволяет резко снизить расход на строительство и содержа-

ние дорог. В используемых транспортных средствах Scania и Volvo нагрузка на переднюю ось составляет 9 т, на рабочую тележку 16,5 т.

Удельный расход топлива за время эксперимента изменялся от 26,8 г/т-км до 28,9 г/т-км. В периоды межсезонья при плохом состоянии проезжей части, когда суточные плановые задания выполнялись на 85%, расход топлива был на 20% выше, что связано с работой автопоездов на пониженных передачах и с высокими оборотами двигателя.

При анализе ходимости автошин было установлено, что в осенне-зимний период их пробег составил 71 тыс. км (Scania) и 45 тыс. км (Volvo). В весенне-летний период средний пробег автотранспорта снижался на 35% из-за плохого состояния проезжей части, большого количества металлических предметов, оставшихся после стройки трубопровода, а также в связи с повреждениями шин крупными кусками диабаза, из которого отсыпано дорожное полотно.

Результаты эксперимента показали, что имеется недоиспользованная мощность двигателя и трансмиссии в двух-звенном составе. Автопоезд Scania по техническим характеристикам (мощность двигателя, наличие дополнительного адаптированного сцепного устройства на прицепе) может использоваться и в трехзвенном составе.

В ходе проведения эксперимента регистрировалось влияние сезона года на производительность и эффективность работы автопоездов. Так, замечено, что из-за оттайки и гололеда на дороге исключилась возможность использования трехзвенных составов в течение трех месяцев. Кроме того, в порожнем состоянии эти автопоезда не были способны преодолеть подъемы трассы в 11% (или 116,2%о), в то время как затяжные подъемы в 7,9% (или 79,9%) длиной 2100 м в этих же условиях они проходили без пробуксовки. Во время весенней распутицы, а также в летний период из-за проливных дождей среднетехническая скорость снижалась в отдельные дни до 25 км/ч, что соответственно отражалось на выполнении суточных заданий.

В 2016 г. в эксплуатацию введены три автопоезда Scania и один Volvo грузоподъемностью 90 т. Для дальнейших исследований эффективности применения автопоездов увеличенной грузоподъемности в апреле 2016 г. был приобретен составной автопоезд на базе седельного тягача Scania с двумя тандем-ными полуприцепами ТОНАР грузоподъемностью 95 т.

С целью создания конкурентной среды в окончательном выборе автопоездов для условий АК «АЛРОСА», к октябрю 2016 г. специалисты МЗ «ТОНАР» изготовили по ТЗ АК «АЛРОСА» автопоезд ТОНАР-45252-95405 (автопоезд состоит из тягача ТОНАР-45252 и двухзвенного прицепа ТОНАР-95405) грузоподъемностью 130 т, который в данный период доставляется заказчику. О достоинствах и недостатках отечественного автопоезда можно будет судить по итогам его эксплуатации -к началу 2017 г.

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. Гайсенок И.В., Дюжев А.А., Кочетов С.И. и др. 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.

3. Захаров В.Н., Зырянов И. В., Хазин МЛ. и др. Перспективные транспортные системы для развития Арктических и Северных территорий РФ //Горная промышленность. - 2016. -№4. - С. 52-54.

4. Тарасов П.И., Журавлев А.Г., Черепанов В.А. и д-р. Проблемы магистрального транспортирования руды от удаленных кимберлитовых месторождений //Горное оборудование и электромеханика. - 2014 . -№5. - С. 25-31

5. Опытно-промышленная эксплуатация многозвенных автопоездов SCANIA в Удачнинском ГОКе/ И.В. Зырянов, В.А. Павлов, А.П. Кондратюк и др.// Горная промышленность. - 2014. - №6.-С. 38-40.