Значение, особенности и виды карьерного транспорта

Карьерный транспорт предназначен для перемещения горной массы (вскрыши и полезного ископаемого) от забоев до пунктов разгрузки. Он является связующим звеном в общем технологическом процессе. Трудоемкость процессов транспортирования весьма высока. Затраты на транспортирование и связанные с ним вспомогательные работы составляют 45 – 50 %, а в отдельных случаях достигают 70 % от общих затрат на добычу полезного ископаемого.

^ По виду перевозимого груза и направлению на карьере формируются грузопотоки вскрышные и полезного ископаемого. Грузопотоки берут начало в забое и оканчиваются на отвалах пустых пород, некондиционных руд или на складах полезного ископаемого.

Под грузопотоком понимается поток грузов, характеризуемый направлением относительно контура карьера, объемом и качеством транспортируемого груза и длительностью периода функционирования.

Грузооборотом называется количество полезного груза (в т или м³), перемещенного за единицу времени (в ч, смену, сутки, год).

К особенностям карьерного транспорта, определенным спецификой открытых горных разработок, относятся следующие положения.

1. Значительная мощность грузопотоков, составляющая десятки миллионов тонн в год, и длительные сроки их функционирования (на протяжении всего срока службы карьера).

2. Относительно небольшие расстояния транспортирования (в среднем 2 – 4 км).

3. Движение в грузовом направлении происходит, как правило при крутом подъеме (часто предельном по техническим возможностям транспортного средства).

4. Значительная часть транспортных коммуникаций, пункты погрузки и разгрузки, как правило, периодически передвигаются.

5. Значительная плотность (от 1 до 5 т/м³), повышенная прочность и абразивность, неоднородная кусковатость перемещаемой горной массы, ударные воздействия при погрузке и разгрузке.

6. Изменчивые климатические условия.

На открытых горных работах используются почти все известные способы транспортирования и средства перемещения грузов. Тем не менее наибольшее распространение получили железнодорожный, автомобильный и конвейерный транспорт.

В ограниченных условиях используются скиповые подъемники, канатно-подвесные дороги, гидравлические трубопроводные магистрали, конвейерные поезда, трубопроводный пневмотранспорт и др.

Железнодорожный транспорт. Применяется главным образом в карьерах средней и большой производственной мощности по горной массе (10 – 100 млн. т в год и более) глубиной до 200 м при расстояниях транспортирования от карьера более 2 – 3 км. При использовании новейших тяговых агрегатов и уклонах путей до 60 % глубина применения железнодорожного транспорта увеличивается до 300 350 м.

Достоинства ж/д транспорта.

1. Небольшой расход энергии вследствие малого удельного сопротивления движению подвижного состава по рельсовым путям (20 – 25 Н на 1 т массы поезда).

2. Возможность достижения практически любой производственной мощности карьера при любом расстоянии перевозок за счет большой пропускной способности путей и увеличения массы поезда до 1500 т и более.

3. Возможность автоматизации движения транспортных средств и управления транспортными операциями.

4. Надежность работы в любых климатических и горно-геологических условиях.

5. Относительно низкая себестоимость 1 ткм перевозки (меньше чем при автомобильном и конвейерном транспорте, в 4 - 6 раз).

Недостатки ж/д транспорта

1. Повышенные требования к профилю путей.

2. Необходимы большая протяженность фронта работ на уступах(не менее 300 – 500 м), кривые большого радиуса (не менее 100 – 120 м для широкой колеи), небольшие уклоны путей (до 25 – 30, реже 40 – 60 %).

3. Резко возрастают длина и объемы наклонных траншей, общий объем горных работ и срок строительства карьера.

4. Снижается маневренность транспортных средств и возможная производительность экскаваторов при раздельной выемке.

^ 5. Весьма трудоемки перемещение и содержание путей.

Автомобильный транспорт применяется главным образом на карьерах малой и средней производственной мощности с грузооборотом до 15 млн. тонн в год, а на более крупных карьерах – в комплексе с другими видами транспорта (в основном с конвейерным). При автосамосвалах большой грузоподъемности (80 -180 т) применение автотранспорта эффективно при грузообороте карьера 25 – 70 млн. т в го и более. Автотранспорт используется практически на всех карьерах стран СНГ и России.

Автотранспорт эффективен при строительстве карьеров, при разработке залежей сложных форм, малых размерах карьерных полей, сложной топографии поверхности. Он успешно применяется при раздельной выемке сложно-структурных залежей. Может использоваться как вспомогательный и дополнительный к другим видам транспорта, особенно при горно-подготовительных работах.

Достоинства автотранспорта

1. Гибкость, маневренность и взаимная независимость работы автосамосвалов, что упрощает схемы движения.

2. Меньшие по сравнению с ж/д транспортом объемы наклонных траншей и горно-строительных работ (на 40 – 50 %), а следовательно меньшие затраты на строительство карьера и меньшие сроки ввода в эксплуатацию.

3. Небольшие радиусу поворотов (15 – 25 м), подъемы и уклоны до 80 – 100 %).

4. отсутствие рельсовых путей и контактной сети (при электровозной откатке) упрощает организацию работ, производительность экскаваторов возрастает на 20 – 25 % по сравнению с их производительностью при ж/д транспорте.

5. Увеличивается возможный темп углубления горных работ и скорость продвигания забоев.

Недостатки автотранспорта

1. Высокая стоимость и большие эксплуатационные расходы.

2. Жесткая зависимость от климатических условий и состояния автодорог.

3. Загазованность атмосферного воздуха при большой интенсивности перевозок.

Конвейерный транспорт используется обычно для перемещения мягких вскрышных пород. Но может использоваться практически для перемещения любой горной породы, при одном непременном условии. Порода должна быть в мелкораздробленном состоянии (доведена до определенной кусковатости). Сейчас созданы конвейеры для транспортирования породы с размером куска 400 мм. Внедряются с возможностью транспортирования породы размерами 1000 мм.

Наиболее эффективен конвейерный транспорт при грузообороте 20 – 30 млн. т в год и более на карьерах с мощной толщей покрывающих мягких пород, а при выемке взорванных пород - на карьерах глубиной более 150 м при расстоянии транспортирования горной массы до 2,5 – 3 км и мощных грузопотоках. Известны случаи транспортирования по пересеченной местности 10 – 20 км и более.

Достоинства конвейерного транспорта

1 Непрерывность и ритмичность перемещения перемещения грузов.

2. Возможность повышения производительности выемочно-погрузочного и отвального оборудования.

3. Улучшение условий и повышение безопасности труда.

4. Благоприятные условия для автоматизации и централизованного управления.

5. Высокая производительность конвейерной установки, возможность использования при пересеченной местности.

Недостатки конвейерного транспорта.

1. Зависимость от климатических условий.

2. При транспортировании скальных пород необходимо предварительное дробление до заданных размеров куска.

3. Экономическая нецелесообразность при выемке разносортных руд и раздельного транспортирования.

4. Ограниченность создания мощных однородных грузопотоков.

При комбинированном транспорте последовательно используются для перемещения одного и того же груза (в одном грузопотоке) различные виды транспорта, каждый в наилучших условиях. Комбинированный транспорт может использоваться в любом сочетании. В глубоких карьерах наиболее эффективен автомобильный транспорт в сочетании с конвейерным.

Комбинированный транспорт, как правило, используется с перегрузочными пунктами.

Железнодорожный транспорт

Железнодорожные пути.

Делятся на стационарные (пути на поверхности, транспортных бермах и в капитальных траншеях) и временные, периодически перемещаемые (на уступах и отвалах).

Основные параметры.

Основными параметрами, характеризующими путь, являются ширина рельсовой колеи, габариты и тип рельс.

За ширину рельсовой колеи принимают кратчайшее расстояние между внутренними гранями головки рельсов.

На открытых горных разработках в странах бывшего СССР применяют четыре ширины колеи: 1524, 1000, 900 и 750 мм. Стандартная ширина 1524 мм. Для большинства стран нормальной является колея 1435 мм. Минимальный радиус кривых при ширине колеи должен быть не менее 200 м на постоянных путях и 100 – 120 м на временных путях.

^ Габариты обеспечивают безопасность движения. Существуют габарит приближения строений и габарит подвижного состава. (Рисунок на доске).

Габаритом приближения строений называется предельное поперечное очертание, внутрь которого не должны заходить никакие части сооружений и станционных устройств. Габарит приближения строений устанавливается по ГОСТУ и является единым.

^ Габаритом подвижного состава называется предельное поперечное очертание, в котором, не выходя наружу, должен помещаться подвижной состав.

Между габаритом подвижного состава и габаритом приближения строений предусмотрено свободное пространство, предназначенное для смещений подвижного состава и создания зоны безопасности для обслуживающего персонала. На кривых участках пути габариты приближения строений увеличиваются.

Тип рельсов определяется массой 1 м рельса. Для нормальной колеи применяются рельсы Р75, Р65. Р50 и Р43, для узкой – Р24. Р18 (цифры 75 и т. д. – масса 1 погонного метра рельса)

Строение ж/д пути.

Строение ж/д пути является сложным инженерным сооружением и состоит из верхнего и нижнего строения.

К нижнему строению относятся земляное полотно и искусственные сооружения (мосты, путеводы, эстакады, тоннели,трубы), которые являются основанием железнодорожного пути и от его качества зависит состояние всего пути в целом

Для обеспечения устойчивости полотна и быстрого отвода поверхностных вод земляное полотно выполняется на горизонтальных участках в виде насыпей (рис II. 4 а из кн. Андреева), выемок (рис б), нулевых мест (рис в), а на наклонных – в виде полунасыпей (рис. г) полувыемок (рис д) и полунасыпей – полувыемок (рис. е).

Место размещения верхнего строения пути называется основной транспортной площадкой полотна. Пересечения основной площадки с откосами насыпи называются бровками земляного полотна. По ним отчисляются отметки продольного профиля пути. На продольном профиле даются черные (земля) и красные (железнодорожный путь) отметки, уклоны, ситуационный план, пикеты и план трассы (рис. II. 5 из кн. Андреева). Продольные и поперечные профили дают возможность определить объем земляных работ для сооружения железнодорожного пути.

Для карьерных путей характерными являются выездные траншеи, при отвалообразовании сооружаются насыпи. При отработке уступов транспортные площадки выполняются в виде полунасыпей.

На карьере используются одноколейные, двухколейные и реже многоколейные пути. Для однопутной и двухпутной линий минимальная ширина транспортной площадки составляет 5,5 и 9,6 м соответственно. При двухпутной линии расстояние между продольными осями путей принимается равным: нормальное – 5,3 м и наименьшее допустимое – 4,8 м.

Крутизна откосов измеряется отношением высоты откоса к заложению, т.е. тангенсом угла наклона откоса к горизонту.

Крутизна откосов насыпей высотой до 10 м принимается равной 1: 1,5, а при большей высоте уменьшается до 1: 1, 75 и 1: 2, в зависимости от рода грунта и места нахождения насыпи (например, на болоте). Откосы сухих сыпучих грунтов имеют свойства сползать. Сползание происходит по правильным плоскостям (рис. на доске). По этому для обеспечения безопасности выполняют расчеты угла наклона линии сползания. Кроме этого определяется коэффициент устойчивости k. Для земляного полотна откоса коэффициент устойчивости не должен быть меньше 1,25. Практические расчеты откосов обычно производят графическим методом, основанным на физических предпосылках: сил сцепления, сил трения, сил давления, угла внутреннего трения и др.

Верхнее строение ж/д пути состоит из рельсов, шпал и балластного слоя (рис. 7. 1из Хохр.). Конструкция верхнего строения зависит от грузооборота, давления на ось подвижного состава и скорости движения. Скорость движения на стационарных и временных путях составляет соответственно 30 – 40 и 15 – 20 км/ч.

Рельсы являются направляющими для колес подвижного состава, воспринимающими и передающими давление от них на шпалы.

На карьерных путях применяются широкоподошвенные рельсы, так как рельс с такой подошвой обладает большей устойчивостью. Ширина подошвы составляет 0,8 – 0,9 высоты рельсы. Длина рельса принята для нормальной колеи 12,5 и 25 м, для узкой колеи 7 и 8 м. При длине рельсов 25 м число стыков уменьшается, что улучшает взаимодействие пути и состава.

Шпалы необходимы для соединения рельсовых ниток в жесткую единую конструкцию (колею) и передачи давления подвижного состава на балласт. Для скрепления рельсов со шпалами применяют подкладки и крепящие элементы (костыли, болты, шурупы). Подкладки передают давление от рельсов к шпалам (рис.II.8 из Андр.).

Для самоцентрирования с помощью клиновых подкладок рельсам придается уклон до 1: 20 внутрь колеи, что совпадает с конусностью колес. Самоцентрирование обеспечивается тем, что при заносе вагона в сторону одно колесо полуската набегает на больший диаметр, а другое на меньший и вагон занимает нормальное положение. Крепление рельсов наиболее надежное – болтовое и обеспечивает более плотное прижатие рельсов к шпалам. При переукладки забойных и отвальных путей рельсов, костыли выдергиваются.

Стыки в настоящее время, взамен плоских, стыки соединяются двухголовными накладками. На стыках оставляют температурный зазор. При применении электротяги рельсы выполняют функцию обратного провода. В этом случае концы рельсов соединяют медным тросом, зажатым в манжетах, приваренных к рельсам или присоединенных с помощью болтов (для передвижных путей).

Для предотвращения продольного смещения рельсов, возникающих под действием касательных сил, особенно заметного на спусках при торможении составов, применяют противоугоны.

Прочность и устойчивость пути определяется числом шпал на 1 км. Обычно на 1 км расход шпал составляет до 2000. Деревянные шпалы по ГОСТу выпускают трех типов, отличающихся толщиной (18, 16, 15 см). Длина шпал для всех типов 270 см. В последнее время выпускаю струнобетонные шпалы, с предварительно-напряженной арматурой из стальных проволок диаметром 2,6 или 3 мм.

Балласт представляет собой упругую подушку из щебня или гравия, на которую укладываются пути и которая равномерно распределяет давление и смягчает удары от подвижного состава. Для нормальной колеи толщина балластного слоя колеблется от 25 до 40 см. на постоянных путях и от 15 до 25 см на передвижных путях. Щебень представляет дробленую горную породу фракциями от 20 до 80 мм с хорошей водоотдачей. Например, гранита.

Верхнее строение пути рассчитывают на прочность. Методики расчетов приведены в справочных материалах.