Анализ эффективности применения шарнирно- сочлененных автосамосвалов при разработке месторождений с малыми запасами

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 622.271:622.333

анализ эффективности применения шарнирно-сочлененных автосамосвалов при разработке месторождений с малыми запасами

Сандригайло И. Н., Арефьев С. а., Мойсиев X. с.,

Глебов И. А., Шлохин Д. А.

В статье приведены описание конструкции и преимущества использования шарнирно-сочленённых автосамосвалов при разработке месторождений с малыми запасами. Показаны особенности и приведён анализ эффективности применения таких машин при разработке Дальне-Буланашского месторождения угля в Свердловской области. Ключевые слова: шарнирно-сочлененный автосамосвал; месторождение; эффективность; карьер; разрез; автодорога; транспортная площадка.

На Урале сегодня имеется целый ряд перспективных месторождений угля, руд и сырья для производства строительных материалов. Однако многие их них имеют малые запасы. В то же время они часто залегают на небольших глубинах, находятся вблизи потребителей и в связи с этим не требуют больших затрат на добычу и перевозку полезного ископаемого [1].

Опыт вовлечения в эксплуатацию таких ме сторождений показывает, что уже на первом этапе на них могут быть построены карьеры с производительностью от 200-300 тыс. т до 1-2 млн т полезного ископаемого в год. В то же время целесообразность разработки перспективных месторождений с малыми запасами в значительной степени зависит от эффективности работы оборудования, применяемого на горных работах. В связи с этим выбор горных и транспортных машин, использование которых обеспечивает эффективную разработку месторождения, и в частности технологических автосамосвалов, является одной из важнейших задач, решаемых при проектировании карьеров.

Анализ условий перспективных малых месторождений позволяет предложить для использования при их освоении шарнирно-сочленённые автосамосвалы. Такие машины получают в последние годы всё большее

распространение на горнодобывающих предприятиях мира и России. Основными их производителями являются фирмы «Caterpillar», «Volvo», «Комаtsu», «Тегех», «Bell», «Liebherr» и др. Каждая из них предлагает на рынке несколько моделей таких машин. Белорусский автозавод и российское предприятие «Четра» также создали подобные самосвалы.

Грузоподъёмность серийно выпускаемых шарнирно-сочленённых автосамосвалов сегодня составляет от 15 до 50 т. Некоторые модели грузоподъемностью до 25 т имеют колёсную формулу 4» 4, но наибольшее распространение получили шарнирно-сочленённые автосамосвалы с колёсной формулой 6»6 с тремя ведущими мостами.

К основным особенностям конструкции этих машин можно отнести то, что передняя часть с двигателем, передней осью и кабиной водителя соединяются с задней частью (с кузовом и двумя осями) шарнирным устройством. Механизм сочленения передней и задней секций рамы имеет вертикальный и горизонтальный шарниры. Вертикальный шарнир позволяет поворачиваться передней секции относительно задней. Горизонтальный шарнир позволяет задней секции рамы скручиваться вокруг продольной оси, обеспечивая постоянный контакт колёс с грунтом при прохождении препятствий.

№ 2(38), 2015

23

Принципиальная компоновка шарнирно- и гидравлической системе управления сочленённого самосвала приведена на рис. 1. поворотом с обратной связью обеспечивается Благодаря шарнирно-сочленённой раме высокая маневренность машины. Угол

Рис. 1. Принципиальная компоновка шарнирно-сочленённого самосвала

складывания секций рамы составляет у большинства моделей от 38 до 45о в каждую сторону.

Все ведущие мосты имеют механизмы блокировки дифференциала. Механизмы блокировки привода колёс позволяют выбирать оптимальный режим работы в зависимости от дорожных условий и рабочих нагрузок вплоть до полной блокировки всех дифференциалов. Это позволяет достигать оптимальных тяговых усилий на колёсах в самых сложных условиях бездорожья.

К основным преимуществам шарнирно-сочленённых автосамосвалов относятся:

- высокая проходимость;

- высокая маневренность;

- способность преодолевать большие уклоны;

- меньшая ширина машины в сравнении с автосамосвалами традиционной конструкции.

Именно эти преимущества определили широкое распространение таких машин на предприятиях, осуществляющих добычу полезных ископаемых открытым способом.

Сегодня, когда многие действующие карьеры достигли большой глубины [2] и находятся в стадии доработки, остро встаёт вопрос о том, какое оборудование целесообразно применять при отработке их нижних горизонтов. Использование карьерных автосамосвалов традиционной

конструкции требует осуществления выемки значительных объёмов вскрышных пород, связанных с необходимостью размещения на бортах карьера транспортных коммуникаций. Использование шарнирно-сочленённых самосвалов на нижних горизонтах этих карьеров позволяет увеличить уклоны до 250 %о, повысить угол откоса бортов карьера при погашении и снизить за счет этого коэффициент вскрыши, сократив объёмы вскрышных пород в контурах карьера.

Освоение новыхместорождений полезных ископаемых часто связано с необходимостью осуществления горных работ в тяжелых и неблагоприятных климатических и горногеологических условиях. Так, верхние горизонты на вновь строящихся карьерах часто сложены глинистыми и песчаными породами, склонными к размоканию. Движение карьерных автосамосвалов традиционной конструкции в таких условиях весьма затруднительно, а строительство дорог требует значительных затрат денежных и материальных ресурсов, а также времени. Использование шарнирно-сочленённых самосвалов в этом случае позволяет раньше начать работы и в более короткие сроки построить карьер с меньшими затратами.

В ряде случаев, при небольшой проектной глубине карьера и породах, склонных к размоканию, с целью повышения

24

Известия Уральского государственного горного университета

эффективности транспортного процесса, увеличения уклонов и углов погашения бортов карьера, сокращения среднего коэффициента вскрыши за счет снижения объёмов пустых пород в контуре карьера возможно применение шарнирно-сочленённых самосвалов в течение всего периода разработки месторождения.

Особенно актуально применение таких машин при разработке месторождений с малыми запасами. Строительство качественных автодорог на небольших карьерах часто экономически не оправдано именно в связи с малыми объёмами работ. Исполь" зование шарнирно-сочленённых автосамосвалов позволяет существенно снизить затраты на строительство и обслуживание карьерных автодорог, сократить расстояние транспортирования горной массы, повысить величину угла откоса бортов карьера и снизить объёмы вскрышных работ. Примером такого подхода может служить Дальнебуланашское месторождение каменных углей, находящееся в Свердловской области. Угольные пласты, разделённые на девять угленосных зон мощностью от 10 до 30 м, залегают под углом 20-25°. Покровные отложения имеют мощность от 15 до 25 м и представлены четвертичными и опоковыми глинами, ниже которых залегают алевролиты и аргиллиты.

Проектная глубина разреза на месторождении равна 140 м, длина по поверхности составит в конце разработки 1500 м, а ширина - 600 м. Промышленные запасы угля в контурах разреза составляют 8503 тыс. м3. Объем вскрыши в контуре разреза - 35727 тыс. м3, в том числе рыхлой вскрыши - 15100 тыс. м3. Годовая производительность разреза по углю 800 тыс. т., а по вскрыше - 3000 тыс. м3.

На добыче угля планируется использовать гидравлический экскаватор с рабочим оборудованием «обратная лопата» и

вместимостью ковша 3,8 м3, а на вскрышных работах - гидравлические экскаваторы с рабочим оборудованием «прямая лопата» и вместимостью ковша 5,7 м3. Анализ показал, что применяемым при разработке месторождения экскаваторам в наибольшей

степени соответствуют автосамосвалы грузоподъемностью 35-45 т.

Исходя из этого, для сравнения были выбраны два варианта:

- первый вариант: карьерные авто-

самосвалы БелАЗ-7547 Белорусского автозавода грузоподъёмностью 45 т;

- второй вариант: шарнирно-сочленённые автосамосвалы САТ-740 фирмы «Caterpillar», грузоподъёмностью 38 т.

Основные параметры сравниваемых автосамосвалов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Параметры автосамосвалов САТ-740 и БелАЗ-7547

Показатели САТ 740 БелАЗ-7547

Грузоподъемность, т 38 45

Размеры автосамосвала, м

- длина 10,89 8,09

- ширина 3,43 4,11

- высота 3,75 4,39

Полная масса, т 70,8 78,1

К достоинствам автосамосвала БелАЗ-7547 относятся сравнительная дешевизна, надежность, производительность. Машина успешно используется на многих горных предприятиях России и других государств. Но в связи с тем, что горные породы на Дальнебуланашском месторождении (четвертичные и опоковые глины, а также алевролиты и аргиллиты) имеют сравнительно небольшую крепость, для эффективной эксплуатации карьерных автосамосвалов БелАЗ-7547 требуются значительные затраты на строительство карьерных автодорог. Дорожная одежда при эксплуатации таких автосамосвалов при годовом грузообороте, равном 8 млн т брутто, должна иметь двухслойную конструкцию. Необходимы слой основания 15 см из щебня фракции от +40 до +80 мм с расклинкой от +5 до +20 мм и слой покрытия 15 см из щебня фракции от +20 до +40 мм с расклинкой от +5 до +20 мм. Затраты на строительство такой дорожной одежды составляют около 0,5 тыс. рублей за 1 м2.

В то же время опыт работы шарнирно-

№ 2(38), 2015

25

сочленённых автосамосвалов на горных предприятиях показывает, что они могут эффективно работать в условиях бездорожья. Благодаря отсутствию необходимости в качественном дорожном покрытии эксплуатация автосамосвалов модели CAT 740, имеющих повышенную проходимость, в условиях Дальнебуланашского месторождения позволяет существенно снизить затраты на строительство автодорог в карьере

и повысить эффективность открытых горных работ.

Меньшая чем у БелАЗ-7547 ширина шарнирно-сочленённого самосвала САТ-740 [3, 4] позволяет существенно уменьшить ширину транспортных площадок, которая при его использовании составляет 18 м, против 21 м при применении автосамосвала БелАЗ-7547 (рис. 2).

Использование автосамосвалов САТ-

Рис. 2. Ширина транспортной площадки при использовании автосамосвалов САТ-740

740 позволяет увеличить уклон съездов уклонов длина съезда сократилась с 125 до 160 %о против 80 %о при использовании до 62,5 м (рис. 3), и удалось сократить БелАЗ-7547. При этом за счет увеличения расстояние транспортирования горной массы

по наклонным участкам трассы.

Расстояние транспортирования вскрыши сократилось с 2,15 до 1,47 км, а расстояние транспортирования угля снизилось с 1,46 до 1,03 км. За счет проходки съездов с большими уклонами появилась возможность увеличить

на 4о угол погашения борта и снизить объёмы выемки вскрыши, удаляемой при разносе бортов разреза, на которых находятся основные транспортные коммуникации.

Показатели по сравниваемым вариантам для конкретных условий Дальне-

26

Известия Уральского государственного горного университета

Буланашского месторождения приведены в табл. 2.

Таблица 2

Показатели по сравниваемым вариантам

Показатели САТ 740 БелАЗ-7547 Отклонение

Уклон съездов, промилле 160 80 80

Расстояние транспортирования, км:

- до отвала вскрышных пород 1,47 2,15 0,68

- до склада угля 1,03 1,46 0,43

Количество автосамосвалов, шт. 7 12 5

Угол погашения борта разреза, град 28 24 4

Объем вскрыши, м3 35727000 39727000 4000000

Как видно из таблицы, использование шарнирно-сочленённого автосамосвала САТ-740 позволяет в условиях Дальнебуланашского ме сторождения:

- уменьшить дальность транспортирования вскрышных пород на 32 %;

- уменьшить дальность транспортирования угля на 29 %;

- увеличить угол погашения борта разреза на 4о;

- уменьшить объём вскрыши на 4 млн м3.

За счет этих мер, а также за счет сокра-

щения затрат на дорожно-строительные работы себестоимость 1 т полезного ископаемого при применении автосамосвалов САТ-740 для транспортирования угля и вскрышных пород на Дальнебуланашском месторождении снижается на 12 %.

Из сказанного выше можно сделать вывод о том, что использование шарнирно-сочленённых автосамосвалов позволяет существенно повысить эффективность разработки перспективных месторождений с малыми запасами.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ список

1. Угольная база Урала. Состояние и перспективы развития / И. Н. Сандригайло [и др.] // Изв. вузов. Горный журнал. 1993. № 5. С. 19-29.

2. Технико-экономические показатели горных предприятий за 1990-2012 гг. Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2013. 361 с.

3. Карьерная техника ПО «БЕЛАЗ»: справочник / под ред. П. Л. Мариева, К. Ю. Анистратова. М.: ООО «КА технокомплект», 2005. 448 с.

4. Справочник по эксплуатационным характеристикам Caterpillar. Пеория: Caterpillar Inc. 2012. Вып. 42. 1598 с.

Поступила в редакцию 11 мая 2015 г.

Сандригайло Игорь Николаевич - кандидат технических наук, доцент кафедры разработки месторождений открытым способом, 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, Уральский государственный горный университет.

Арефьев Степан Александрович - преподаватель кафедры разработки месторождений открытым способом. 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, Уральский государственный горный университет. E-mail: arefevsa@yandex.ru

Мойсиев Христос Сергеевич - инженер кафедры разработки месторождений открытым способом. 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, Уральский государственный горный университет.

Глебов Игорь Андреевич - студент 4 курса. 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, Уральский государственный горный университет.

Шлохин Дмитрий Андреевич - студент 3 курса. 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, Уральский государственный горный университет.

№ 2(38), 2015

27