Технологическая классификация систем открытой разработки (по В.С. Хохрякову)

Индекс системы	Наименование систем разработки в зависимости от	Условия применения системы разработки
Способа перемещения вскрыши	Развития рабочей зоны	Расположения фронта работ в плане	Направления перемещения фронта работ
А	Бестранспортная	Сплошная	Продольная Поперечная	Одно- или двухбортовая	Горизонтальные и пологие залежи и пласты относительно небольшой мощности (до 20-30 м) и небольшой мощности вскрыши (до 20-455 м)
Веерная	Центральная или рассредоточенная
Кольцевая	Центральная или переферийная
Б	Транспортная	Сплошная	Продольная Поперечная	Одно- или двухбортовая	Горизонтальные и пологие залежи и пласты большой мощности
Веерная	Центральная или рассредоточенная
Кольцевая	Центральная Переферийная	Наклонные и крутые залежи и глубокозалегающие месторождения
Углубочная	Продольная Поперечная	Одно- или двухбортовая
Веерная	Рассредоточенная
Кольцевая
В	Комбинированная	Сплошная и углубочная	Те же в различных сочетаниях	Горизонтальные и пологие залежи большой мощности вскрыши, с переменным углом падения

 

Рис.1 Система разработки с вывозом вскрышных пород на внешний отвал.

 

2.6 Выбор средств транспортирования горной массы

Карьерный транспорт предназначен для перемещения горной массы (вскрыши и полезного ископаемого) от забоев до пунктов разгрузки. Он является связующим звеном в технологическом процессе. Он четкой работы карьерного транспорта зависит эффективность разработки месторождения. Трудоемкость процесса перемещения (транспортирования) весьма высока, а затраты на собственно транспорт и связанные с ним вспомогательные работы составляют 45-50%, в отдельных случаях 65-70% общих затрат на добычу. Специфику горных работ обуславливает следующие основные особенности работы карьерного транспорта:

· Значительный объем и сосредоточенная (односторонняя) направленность перемещения карьерных грузов при относительно небольшим расстоянии транспортирования;

· Периодическая передвижка транспортных коммуникаций в связи с постоянным изменением положения пунктов погрузки (забоев) и разгрузки горной массы; Движение в грузовом направлении происходит, как правило, с преодолением значительных подъемов;

· Повышенные прочность и мощность двигателей транспортного оборудования, что вызвано большой плотностью, повышенной крепостью, абразивностью, неоднородной кусковатостью горной массы.

Интенсивность работы карьерного транспорта характеризуется грузооборотом карьера, который определяется количеством груза (в кубометрах или тоннах), перемещаемого в единицу времени (час, смена и т.д.). Масштаб горных работ на карьере определяется величиной грузооборота. Он слагается из объемов перевозок, вскрыши. Полезного ископаемого и хозяйственно-технических грузов. Основной объем в грузообороте обычно составляет вскрыша. Минимальный объем приходится на хозяйственно-технические грузы.

Грузооборот (или часть его), характеризуемый устойчивым во времени направлением перемещения, называется грузопотоком. Грузопоток называется сосредоточенным, если все грузы перемещаются из карьера на поверхность в одном направлении по одним транспортным коммуникациям, в противном случае грузопоток называется рассредоточенным. С точки зрения лучшего использования транспортных коммуникаций и оборудования минимальное число грузопотоков является более желательным. Однако при значительном грузообороте, большой протяженности карьерного поля, наличии нескольких пунктов разгрузки и их разобщенности, а также в некоторых других случаях рассредоточение потока является технически необходимыми экономически целесообразным. При формировании грузопотоков обычно стремятся к разделению грузов по качественному признаку (вскрыша и полезное ископаемое) и пунктам назначения. Грузооборот карьера и отдельные грузопотоки изменяются по мере развития горных работ.

На карьерах для перемещения горной массы и хозяйственно-технических грузов используется различные виды карьерного транспорта, из которых основными являются железнодорожный, автомобильный и конвейерный. Выбор рационального вида карьерного транспорта для конкретных условий определяется физико-химическими и химическими свойствами разрабатываемых пород, условиями залегания полезного ископаемого, климатом, грузооборотом и расстоянием транспортирования, типом и параметрами погрузочного оборудования. Сроком существования карьера и др.

Для специфических условий работы транспорта на карьерах наиболее характерными показателями его технических возможностей являются экономически целесообразный максимальный преодолеваемый подъем и минимальный радиус кривых. Эти показатели в некоторой степени определяют объемы горно-капитальных работ и возможность расположения транспортных коммуникаций в пределах границ карьерного поля. Рациональная область применения различных видов карьерного транспорта зависит от их технических и технологических параметров и условий залегания месторождений.

На открытых горных работах наибольшее распространение получили железнодорожный, автомобильный и конвейерный транспорт

Железнодорожный транспорт целесообразно применять на карьерах с большим годовым грузооборотом (25 млн.т и более) при значительной длине транспортирования (4 км и более). К основным достоинствам железнодорожного транспорта следует отнести небольшой расход энергии, возможность обеспечения практически любой величины грузооборота при любом расстоянии перевозок, возможность применения автоматизированной системы управления (АСУ), надежность работы в различных климатических и горно-геологических условиях и относительно небольшие затраты на 1 т*км перевозок (в 4-6 раз меньше по сравнению с автомобильным и конвейерным).

Автомобильный транспорт применяется главным образом на карьерах с небольшим годовым грузооборотом (15-20 млн.т) при расстоянии транспортирования до 4-5 км. С появлением автосамосвалов большой грузоподъемности (75-180т и более) их применение стало эффективным при годовом грузообороте 50-60 млн.т и более. По сравнению с железнодорожным транспортом он обладает большой гибкостью и маневренностью. Отсутствие рельсовых путей и контактной сети, менее жесткие требования к плану и профилю автомобильных дорог обеспечивает уменьшение объема горно-капитальных работ, сроков и затрат на строительство карьеров.

Конвейерный транспорт применяется преимущественно для перемещения мягких вскрышных пород, угля, песчано-гравийных смесей и т.п. Может использоваться для перемещения пород в мелкораздробленном состоянии. Эффективен при грузообороте 20-30 млн. т в год и более, при выемке взорванных пород- на карьерах глубиной более 150 м при расстоянии транспортирования до 2,5-3 км и мощных грузопотоках.

В процессе курсового проектирования следует выбрать основной вид транспорта, обосновать свой выбор, привести технические характеристики транспортных средств, путей или автодорог.

Выбор вида транспорта осуществляется в зависимости от потребной производительности грузопотока, расстояния транспортирования, глубины карьера.

Расстояние транспортирования складывается из двух составляющих: длины пути от карьера до места складирования горной массы и длины пути по карьеру. Ориентировочно длину трассы по карьеру можно определить по формуле:

L_тр=(Н_кк*k_m)/ι_р, где (2.16)

Н_кк-конечная глубина карьера (м);

k_m-коэффициент развития трассы, можно выбрать исходя из следующего:

железнодорожный транспорт k_m

внешний съезд 1,1-1,2

внутренний съезд автодороги 1,2-1,6

простой съезд 1,1-1,2

петлевой съезд 1,5-1,8

ι_р-уклон капитальных траншей и съездов (зависит от вида транспорта и составляет при железнодорожном с электровозной тягой 0,04-0,06, при автомобильном 0,08-0,1, при конвейерном до 0,32);

L_тр=(182*1,4)/0,08= 3185 (м)

L_общ= L_тр+ L_n, где (2.17)

L_общ-общая длина транспортирования (м);

L_тр-длина транспортирования внутри карьера (м);

L_n-длина транспортирования по поверхности (м).

L_общ=3185+6000=9185 (м)

Основными параметрами карьерных автосамосвалов являются грузоподъемность, мощность двигателя, объем кузова, колесная формула и минимальный радиус поворота (см. таблица 2.4).

Таблица 2.4

Параметры	Автосамосвалы
КрАЗ 256Б	БелАЗ	БелАЗ	БелАЗ	БелАЗ	БелАЗ
Колесная формула	6х4	4х2	4х2	4х2	4х2	4х2
Грузоподъемность, т
Масса (без груза), т	11,5
Вместимость кузова, м^3		15,8	21,7	37,8
Максимальная скорость движения, км/ч
Ширина автосамосвала, м	2,65	3,48	3,8	5,36	6,1	7,64
Длина автосамосвала, м	8,2	7,3	8,1	10,3	11,3	13,6
Минимальный радиус поворота, м	10,5	8,5	10,0	11,0
Мощность двигателя, кВт
Расход топлива на 100 км пути, л					-	-

Таблица 2.5

Дороги	Скорость движения (км/ч) автосамосвала
БелАЗ-540	БелАЗ-548	БелАЗ-549
Магистральный щебеночные	32(42)	32(38)	30(42)
Магистральные бетонные	45(48)	38(47)	34(50)
Дороги в карьерах	13(14)	11(14)	13(15)
Дороги в отвалах	17(19)	16(18)	11(13)

Карьерные автодороги. Эффективность работы автотранспорта на карьерах в значительной степени определяется состоянием и качеством автодорог. По условиям эксплуатации автодороги на карьерах делятся на стационарные и временные. Стационарные автодороги, сооружаемые в капитальных траншеях, на поверхности и на соединительных транспортных бермах на длительный срок, имеют, как правило, дорожное покрытие и двухполосное движение. Временные дороги (на уступах и отвалах) периодически перемещаются вслед за продвиганием фронта работ и, как правило, не имеют дорожного покрытия.

В данном карьере движение автосамосвалов будет осуществляться по однополосной дороге.

Ширина проезжей части автодороги (м) зависит от габаритов подвижного состава, скорости движения, числа полос движения.

Ш_а=2у+ аρ+(ρ-1)х, где (2.18)

а-ширина автосамосвала по скатам колес (примерно равна ширине кузова), м;

у-ширина предохранительной полосы, м;

ρ-число полос движения;

х=2у -зазор между кузовами встречных автосамосвалов, м; (2.19)

у=0,5+0,005υ, где (2.20)

υ-скорость движения автосамосвала, км/ч.

у= 0,5+0,005*42=0,86 (м)

х=2*0,86=1,72 (м)

Ш_а=2*0,86+7,64*2+(2-1)*1,72=18,72=20 (м)

Ширина обочины составляет 1-2 м. дороги, расположенные в выемках, должны иметь боковые кюветы (глубиной 0,8-0,9 м) трапециевидной формы с основанием шириной 0,4 м. В обычных условиях дороги имеют двухскатный профиль с уклоном 10-40‰. При устройстве дорог на косогоре, бермах по борту карьера и на кривых с радиусом менее 200 м поперечное сечение дороги имеет односкатные профиль с уклоном 20-40‰ в сторону косогора или внутрь кривой.

Выбираем тип автосамосвала. Для этого находим рациональное отношение вместимости кузова автосамосвала к вместимости ковша экскаватора, которое для рассматриваемых условий равно 8. это соответствует вместимости кузова автосамосвала 90 м³. По таблице 2.4 принимаем автосамосвалы БелАЗ-7521.

Определение числа работающих, автосамосвалов обслуживающих один экскаватор:

N_р.а.= 1+ (t_дв+t_р+t_м)/ t_п, где (2.21)

t_п- продолжительность погрузки;

t_п = q_а*k_р*t_ц/Е* k_н*γ_п; (2.22)

q_а – грузоподъемность автосамосвала, т;

k_р- коэффициент разрыхления породы в ковше экскаватора;

t_ц- продолжительность рабочего цикла экскаватора, мин;

Е- вместимость ковша экскаватора, м³;

k_н- коэффициент, учитывающий наполнение ковша экскаватора;

γ_п- плотность перевозимой породы, т/ м³.

t_п =180*1,5*0,47/8*1*4,8 = 3,30 мин;

t_дв = Т_гр+Т_пор, где (2.23)

t_дв- продолжительность движения,мин;

Т_гр- продолжительность движения автосамосвала с грузом;

Т_пор- продолжительность движения автосамосвала без груза.

t_дв =9,84+8,34=18 (мин)

N_р.а.=1+(18+1+1,5)/3,30=7

Определение числа рабочих автосамосвалов, обслуживающих все экскаваторы:

N_р.а.=7+7+7=21

Так как часть автосамосвалов постоянно находится в ремонте и проходит техническое обслуживание, то инвентарный парк автосамосвалов

N_ин=N_р.а/τ_г, где (2.24)

N_р.а- количество рабочих автосамосвалов;

τ_г=0,7-0,8- коэффициент технической готовности парка.

N_ин=21/0,75=28

Средствами железнодорожного транспорта является рельсовые пути и подвижной состав.

Рельсовые пути. По условиям эксплуатации рельсовые карьерные пути делятся на стационарные, сохраняющие свое положение постоянно или в течение длительного времени (пути на поверхности, транспортных бермах и в капитальных траншеях), и временные пути, периодически перемещаемые (на уступах и отвалах).

Подвижной состав на карьерах состоит из вагонов и локомотивов. Для перевозки полезного ископаемого широко используются вагоны типа «гондола» грузоподъемностью 60-90 т и частично типа «хоппер» грузоподъемностью 60 т. У вагонов типа «гондола» дно составлено из отдельных щитов, вращающихся на шарнирах у хребтовой балки. Опущенные щиты образуют наклонные плоскости, по которым груз высыпается на обе стороны от оси пути. Вагон типа «хоппер» имеет наклонные торцовые стенки и разгружается через люки, расположенные ниже рамы вагона. Груз ссыпается между рельсами или на стороны.

Для перевозки вскрышных пород применяются саморазгружающиеся вагоны-думпкары с односторонней или двусторонней разгрузкой. Конструкция думпкаров рассчитана на восприятие значительных динамических нагрузок от падения крупных кусков породы массой 3-5 т с высоты 1,5-3 м (при погрузке экскаваторами). Думпкары широко применяются также и для транспортирования руды. Думпкары характеризуются такими параметрами как грузоподъемность, вместимость, коэффициент тары, нагрузка на ось, на 1 м пути (см. таблицу 2.6).

Таблица 2.6

Показатели	Модели думпкаров
6ВС-60 (модель 31-638)	7ВС-60 (модели 31-656, 31-661)	ВС-85	2ВС-105	ВС-145 (модель 34-667)	ВС-145 (модель 34-669)	2ВС-180
Грузоподъемность, т
Масса вагона, т				48,5		74,5
Вместимость кузова, м^3
Число осей
Нагрузка на рельсы от оси, кН	212,7	214,9			273,17	272,6
Длина по осям автосцепок, м	11,83	11,83	12,17	14,9	17,63	17,63	17,58
Ширина, м	3,21	3,204	3,52	3,75	3,5	3,38	3,46
Высота, м	2,867	2,99	3,236	3,241	3,635	3,49	3,285
Коэффициент тары	0,45	0,468	0,41	0,46	0,538	0,537	0,38
Число разгрузочных цилиндров

 

Локомотивы. В качестве локомотивов на карьерах применяются электровозы, тяговые агрегаты и тепловозы. Достоинствами электровозов являются относительно высокий КПД, равный 14-16%, высокая скорость движения на руководящем подъеме, способность преодоления подъемов до 40 ‰, постоянная готовность к работе, простое обслуживание и надежная работа в суровых климатических условиях. Наибольшее применение получили контактные электровозы, работающие на постоянном токе напряжением 1500 и 3000 В. Недостатками электровозов являются зависимость от источника энергии и значительные первоначальные затраты на строительство контактной сети и тяговой подстанции.

Тяговые агрегаты представляют собой сочетание электровоза управления, секции автономного питания (дизельная секция) и нескольких моторных думпкаров. Наличие моторных думпкаров в составе тягового агрегата позволяет значительно увеличить сцепной вес и полезную массу поезда (в 2-2,5 раза по сравнению с электровозами) или руководящий подъем (до 60 ‰). Наличие же дизельной секции в составе тягового агрегата обеспечивает возможность исключения контактной сети на передвижных путях. В некоторых тяговых агрегатах дизельная секция отсутствует. Тяговые агрегаты успешно эксплуатируются на ряде карьеров страны. Область применения в будущем будет расширяться.

Тепловозы- локомотивы, оборудованные двигателями внутреннего сгорания (дизелями). Передача вращающего момента на колесные пары у тепловозов может осуществляться с помощью электрической, гидромеханической и гидроэлектрической систем. Двигатель внутреннего сгорания, установленный в тепловозе, обеспечивает его автономность и исключает необходимость контактной сети, стоимость которой составляет 12-15 % общей стоимости транспортирования. Тепловозы обладают высоким КПД, равным 24-26%, и способны преодолевать значительные подъемы. Большинство современных тепловозов имеют электрическую передачу. Дизель и главный генератор на таких тепловозах соединены общим валом. От главного генератора электроэнергия поступает к тяговым двигателям постоянного тока, установленным непосредственно на полуосях тепловоза. Применяемые на карьерах тепловозы предназначены для работы на путях МПС и не отвечают специфическим особенностям карьерного транспорта. Они резко снижают скорость при движении на подъем. К недостаткам тепловозов относится также сложность их ремонта.

Выбираем тип думпкаров. Для этого находим рациональное отношение вместимости кузова автосамосвала к вместимости кузова думпкара, которое для рассматриваемых условий равно 90 м³.

Вместимость - объем кузова вагона. При погрузке с верхом объем перевозимой насыпной горной массы может на 20-25% превышать объем кузова вагона.

Это соответствует вместимости кузова думпкара 68 м³. По таблице 2.6 принимаем думпкары типа ВС-145 (модель 34-667). В качестве локомотива будем применять тепловозы.