книги / Транспорт глубоких карьеров
..pdfкой, а также подкладкой и верхней постелью шпалы. В последнее вре мя в качестве материала для них используется кордрезина и различ ные синтетические материалы. Число шпал на 1 км пути в тоннелях больше, чем на поверхности, и достигает 2000.
Для обеспечения высокой надежности пути особые требования предъявляются к балласту. В качестве балласта применяют щебень из твердых пород с пределом прочности не менее 8 кН/см2. Круп ность зерен составляет 25—70 мм. Загрязненность балласта глинис тыми примесями не должна превышать 1 %. Для защиты балласта от загрязнения и лучшей подбивки под шпалы в верхней части бал ластной призмы укладывается щебень мелких фракций, обычно от 10 до 25 мм. Толщина щебеночного балласта под шпалой в тоннелях и на подходах к ним принимается не менее 25 см. Общая толщина балластного слоя, как правило, составляет 45 см.
В последнее время в железнодорожных тоннелях и штольнях при меняется устройство пути на жестком бетонном основании с водоот водным лотком посредине или с обеих сторон у стен тоннеля. При этом типе верхнего строения пути основанием рельсо-шпальной ре шетки служит бетон М-100 и М-150 толщиной слоя не менее 40 см, укладываемый на подготовку из тощего бетона. Общая толщина бе тонного слоя, включая подготовку, составляет 80—90 см. Поверх ность бетонного слоя выполняется ровной с общим уклоном в сторо ну водоотливных лотков не менее 2 %. Внутренние размеры водоот ливных лотков рассчитаны на максимально возможный приток воды, но не менее 30x30 см.
Для установки противоугонов вдоль шпал со стороны ожидае мого угона устраиваются приямки. Во избежание утечки тяговых и сигнальных токов металлические части верхнего строения пути не должны соприкасаться с путевым бетоном, кроме того, при примене нии деревянных шпал необходимо, чтобы верх балластной призмы был на 3 см ниже их поверхности.
В действующих штольнях производственного объединения "Апа тит” применяются две конструкции пути. Одна на деревянных полушпалах, уложенных в бетон, другая — на деревянных шпалах, уложен ных на балласт. В результате многолетней эксплуатации железнодо рожных путей на комбинате установлено, что железнодорожный путь на балласте позволяет легко проводить текущий ремонт.
Для обеспечения бо'льшей надежности и долговечности рельсо шпальной решетки и обеспечения безаварийности движения составов в тоннелях применяется путевой бетон с железобетонными элемента ми: шпалами, полушпалами и плитами.
Из различных существующих конструкций железобетонных шпал рекомендуются шпалы С-56-2М с промежуточными скреплениями КБ65, с упругими прокладками и подкладками. Еще более надеж ным может быть признан путь на железобетонных плитах. Особенно целесообразно применение такой конструкции в однопутных выра ботках с длительным сроком существования, где большое значение приобретает прочность и надежность пути. В качестве железобетонных
шпал могут использоваться плиты ПДЖК-72. Основными преиму ществами пути на жестком бетонном основании являются: сокраще ние времени, необходимого для текущего содержания пути по сравне нию с укладкой пути на балласт и при деревянных шпалах, отсутствие загрязнений, неизбежных при наличии балласта, возможность очистки пути промывкой и его устойчивость. К недостаткам пути на жестком основании относятся большая жесткость, а также сложность замены шпал, втопленных в бетон.
Скорость движения поездов при. жесткой бетонной подготовке пути принимается не более 25 км/ч.
Особое внимание при эксплуатации железнодорожных путей в штольнях должно уделяться его содержанию, регулярному осмотру перед каждой сменой, проверке качественного его состояния. Основ ными дефектами пути обычно являются просадка шпал и нарушение бетонного основания, различные дефекты рельсов, подверженность их коррозии. Из-за последней причины рельсы на производственном объединении "Апатит” работают не более 2,5—3 лет.
Наиболее радикальным средством улучшения условий содержа ния пути в штольнях являются хорошая вентиляция и полный водо отвод. От химической коррозии, помимо рельсосмазываний, приме няются предохранительные покрытия из краски, асфальтового лака, смолы, известкового молока, смеси мазута и отработанных масел или специальных антикоррозионных паст. Используются также металлизованные антикоррозионные покрытия (цинковые). Для борь бы с электрохимической коррозией металлических частей верхнего строения путей существует ряд мероприятий, направленных, с одной стороны, на улучшение проводимости рельсовых цепей и, с другой, на повышение электрической сопротивляемости переходных скрепле ний и балластной призмы. Для текущего ремонта пути в штольнях служат электрошпалоподбойки, электрорезные и электросверлиль-
ные станки, гидравлические домкраты и другое путевое оборудова ние и инструмент.
Глава VII
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ТРАНСПОРТА НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ
§ 1. ИЗМЕНЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНИКО ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТРАНСПОРТА С ГЛУБИНОЙ РАЗРАБОТКИ
На большинстве глубоких карьеров с понижением горных работ горно-геологические, организационные и технико-экономичес кие условия разработки ухудшаются.
Наибольшее влияние на изменение технико-экономических пока зателей транспорта оказывают объем перевозок, расстояния транс портирования и глубина разработки. В зависимости от этого изменя ются производительность транспортных средств, трудоемкость транс портных операций и затраты на перевозку. В большинстве случаев, чем глубже становится карьер, тем ниже производительность транс портных средств.
В этих случаях производительность транспортных средств циклич ного действия подчиняется следующей зависимости и определяется на глубине Я :
Пн = П0КиНКгН, |
(114) |
где Л0 — производительность на глубине 0 м; КиН — коэффициент использования транспортных средств в течение смены по организаци онному фактору на глубине Я; КтН — коэффициент усложнения гор но-геологических условий.
Производительность транспортных машин цикличного действия снижается с глубиной из-за увеличения расстояния транспортирова ния, уменьшения скоростей движения, изменяясь в соответствии со следующей закономерностью
Ля ~ По (*о + Я * рл/|)Я - тН> |
(115> |
где L0 — расстояние транспортирования при Я0 = 0 м; / — уклон транспортных коммуникаций; Яр т — коэффициент развития трас сы; п,тп — эмпирические коэффициенты.
Для машин и подъездов коэффициент влияния глубины на их производительность
Кн * (L0 + Л/Тр тД) - тН/П0 . |
(116) |
Зависимости изменения технико-экономических показателей практически учитывают дальность транспортирования и не в полной
А,тыс.Дж/т |
мере высоту подъема горной массы |
|||||||
|
на поверхность и ее влияние на |
|||||||
|
производительность и себестоимость |
|||||||
|
транспортирования. |
|
|
|||||
|
При небольшой глубине карьера |
|||||||
|
(до |
80—100 |
м) |
для |
автомобиль |
|||
|
ного |
и |
железнодорожного |
транс |
||||
|
порта это не имеет столь большого |
|||||||
|
значения. |
|
|
|
|
|
||
|
Поэтому до последнего времени |
|||||||
|
определение |
производительности |
||||||
too |
этих видов транспорта и затрат на |
|||||||
перевозку |
горной |
массы происхо |
||||||
|
дило исходя из дальности транспор |
|||||||
80 ПО т /70Н,м |
тирования с учетом в отдельных |
|||||||
случаях дифференцированного учета |
||||||||
Рис. 96. Зависимость удельной ра |
скоростей |
движения транспортных |
||||||
боты А при доставке горной массы |
средств в грузовом и порожняко |
|||||||
из карьера от его глубины Н при: |
вом направлениях, на постоянных и |
|||||||
I — автомобильном; 2 — железно |
временных коммуникациях. |
|
||||||
дорожном; 3 — конвейерном видах |
В |
процессе |
исследований |
было |
||||
транспорта |
||||||||
установлено, |
что |
при |
глубинах |
|||||
|
.карьеров до 200 м и более происхо дит непропорциональное увеличение удельной работы (рис. 96) по сравнению с ростом дальности транспортирования.
В качестве комплексного показателя сложности и трудоемкости транспортирования горной массы различными видами транспорта, который бы учитывал одновременно дальность транспортирования и высоту подъема горной массы, предлагается приведенный тонно-ки лометр, определенный с учетом приведенной избыточной высоты
подъема к эквивалентному расстоянию |
транспортирования (по |
В.Л. Яковлеву). |
|
1н = 1о+ “ пН, |
(117) |
где 1И — приведенное расстояние транспортирования, м; /0 — факти ческое расстояние транспортирования, м; Н — высота подъема (раз ность отметок между точками погрузки и разгрузки), м; КП— коэф фициент пропорциональности, зависящий от вида транспорта.
Коэффициент пропорциональности для приведения к эквивалент ному значению рекомендуется принимать при:
автомобильном транспорте — 0,03; железнодорожном транспорте — 0,22; конвейерном транспорте — 0,015.
С понижением горных работ длина активного фронта в карьере снижается, что ведет к уменьшению длины экскаваторных блоков и, как следствие, усложнению транспортной схемы автомобильных до рог и железнодорожных путей. Эго приводит к снижению скорости
движения автосамосвалов, весовой нормы поезда и влияет на произ водительность транспортных средств. С увеличением глубины горных работ уменьшается ширина рабочих площадок, что также вызывает снижение производительности оборудования. По данным исследова ний, выполненных для карьеров Кривбасса, градиент снижения про изводительности автосамосвалов и локомотивосоставов на каждые 100 м глубины в диапазоне глубин 50—259 м составит до 10—15 % и в диапазоне глубин 250—400 м — до 20—25 %.
Усложнение транспортных операций с ростом глубины карьеров ведет к увеличению затрат на перевозку. В среднем затраты на разра ботку 1 м3 горной массы на каждые 100 м увеличения глубины карьера возрастают на 40—80 коп. Причем увеличение затрат на 70— 80 % происходит за счет удорожания транспортирования горной мас сы, так как этот процесс становится наиболее трудоемким, а его доля в затратах на разработку горной массы составляет 50—60 %. Увеличе ние затрат на транспортирование наблюдается главным образом с уве личением высоты подъема (свыше 200 м ), когда затраты на доставку горной массы на поверхность достигают 18—20 коп/т-км (табл. 63).
Для определения и сопоставления затрат на транспортирование горной массы из глубоких карьеров предлагаются следующие зависи мости.
При доставке из глубокого карьера горной массы каждым из ви дов транспорта
н\ |
(Н - H J 2 |
+ |
С = Сг - + K TpS0 (1 + К, ) у + С2 -!-----r *LKTpS0K l ( 1 + ^ ) 7 |
||
4/ |
4*pl |
|
H J H - |
H J |
( 118) |
+С2- ? — |
КТ^ 0К, ( 1 + * а)7- |
2,о2
Когда доставка горной массы производится комбинированным транспортом, включающим два звена и больше, зависимость пред ставляется в следующем виде:
Я |
H x iH - |
Н х) |
С= С 1 0 г КT p l ^ o а |
+ * 1 b +с, |
* 1 (1 + * 2 )7 + |
( Н - Н х ) 2 |
л |
SnK , ( l + K ' ) |
+ ^ -4 Г 7 -* т р 2 * о * , |
(1 + К* )У + Сп? |
- НХ> " ~~2------(И 9) |
pz |
|
|
где С — себестоимость подъема горной массы на поверхность с опре деленной глубины, руб.; C j, С2 — затраты на 1 т-км при рассматри ваемых видах транспорта, руб.; Н, Н х — границы по высоте для рас сматриваемых видов транспорта, м ; 50 — площадь карьера на поверх ности, м2; Ктр1, К,р2 коэффициенты развития трассы при рассмат риваемых видах транспорта; Сп — затраты на перегрузку горной мас-
Показатели |
|
|
Годы эксплуатации |
|
|
|||
1-й |
2-й |
3-й |
4-й |
5-й |
6-й |
7-й |
||
|
||||||||
Средняя дальность транспорти |
4,4 |
|
4,3 |
4,9 |
4,2 |
3,8 |
6,0 |
|
рования, мм |
4,1 |
|||||||
Средневзвешенная глубина |
84 |
96 |
97 |
136 |
114 |
140 |
200 |
|
карьеров, м |
||||||||
Затраты на перевозку 1 т |
|
|
|
|
|
|
|
|
горной массы (фактические), |
0,65 |
0,61 |
0,63 |
0,66 |
0,68 |
0,66 |
0,88 |
|
руб. |
сы с одного вида транспорта на другой, руб/т; К л, К 2 — коэффициен ты уменьшения площади поперечного сечения карьера с уходом гор ных работ на глубину; у — плотность горных пород, т/м3; /р — ру ководящий уклон при использовании данного вида транспорта.
На рис. 97 показана зависимость затрат С на доставку полезного ископаемого от вида применяемого транспорта и от глубины карьера, предельная величина которого составляет 600 м. Как видно из рисун ка, увеличение затрат происходит неравномерно для основных видов транспорта и их комбинаций. При изменении глубины карьера от 100 до 600 м затраты на транспортирование полезного ископаемого на по верхность увеличиваются в 2—3 раза почти пропорционально глубине разработки. Эго увеличение вызвано в основном увеличением рас стояний транспортирования. В меньшей степени затраты растут при автомобильно-железнодорожном транспорте, что обусловливается сокращением длины откатки автотранспортом до перегрузочных пунктов. При комбинированном автомобильно-скиповом и автомо бильно-конвейерном транспорте затраты на доставку горной массы на поверхность при больших допустимых уклонах трассы с ростом глубины карьера увеличиваются незначительно. В общем виде ухуд шение экономических показателей с ростом глубины разработки по казано на рис. 98. Не менее важным показателем, изменяющимся с увеличением глубины карьеров, является трудоемкость (рис. 99).
Удельный вес трудоемкости карьерного транспорта на современ ных карьерах, использующих автомобильный и железнодорожный транспорт, достигает 40—50 % общих трудовых затрат. С увеличением глубины разработки он значительно возрастает и при достижении карьером глубины 300—400 м составляет не менее 65—70 %. Наи меньшей трудоемкостью характеризуется комбинированный транс порт, особенно автомобильный с ленточными конвейерами, что объ ясняется главным образом незначительным числом обслуживающего персонала и возможностью автоматизации доставки горной массы на поверхность при конвейерном подъеме. Наибольшие трудовые затра ты имеют место при железнодорожном транспорте, трудоемкость ко торого резко возрастает с увеличением глубины разработки. Если при глубине карьера 50 м на транспортирование 1000 т руды затрачено
С,руВ1т С,РуВ1т
О,В
0,5
0,0
0,3
0,2
0,1
О too ZOO 300 ООО 500Н,» О too 200 300 ООО мон,*
Рис. 97. Зависимость затрат С на транспортирование 1 т полезного ископаемого от глубины карьера Я ( д) , то же с учетом процессов, зависящих от применения видов транспорта {б) :
112 , 3 — автотранспорт; 4 — железнодорожный транспорт; 5 — автомобильно-же лезнодорожный транспорт; 6 — автомобильно-конвейерный; 7 — автомобильно скиповой
|
О |
100 |
200 300 |
400 500Цн |
О |
50 120 |
150 240 Н,м |
Рис. 98. Зависимость экономичес |
Рис. 99. Зависимость удельной трудо |
||||||
ких |
показателей |
карьерного |
емкости |
транспортирования Т от |
|||
транспорта от глубины карьера: |
глубины карьера: |
|
|||||
1 |
— автотранспорт |
(БелАЗ-540); |
1 — железнодорожный транспорт; |
||||
2 — автотранспорт (БелАЗ-549); |
2 — автотранспорт; |
3 — автомобиль |
|||||
3 — железнодорожный транспорт; |
но-конвейерный транспорт |
||||||
4 |
— |
автомо бильно-конвейерный |
|
|
|
||
транспорт; |
5 — автомобильно-ски |
|
|
|
|||
повой транспорт |
|
|
|
|
7,6 чел.-смен, то при глубине карьера 250—300 м будет затрачено 13,6—15,5 чел.-смен. С глубиной карьера резко возрастают трудовые затраты на обслуживание и эксплуатацию сети железнодорожных пу тей, управление транспортом и др.
Основным путем уменьшения отрицательного воздействия глуби ны карьера на технико-экономические показатели транспорта являют ся его реконструкция, применение рациональных схем вскрытия глу боких горизонтов, замена другим более эффективным видом транс порта, частичное или полное его перевооружение более современными и производительными транспортными средствами. Например, замена электровозов тяговыми агрегатами, автосамосвалов малой грузо подъемности автосамосвалами особо большой грузоподъемности, введение непрерывного транспорта вместо цикличного и т. д.
Резервом улучшения технико-экономических показателей транс порта является усовершенствование действующих видов транспорта: перестройка транспортных коммуникаций, увеличение скоростей движения и обмена транспортных средств в карьере, механизация вспомогательных работ, организация и управление транспортом и др.
§ 2. УВЕЛИЧЕНИЕ УКЛОНОВ ТРАНСПОРТНЫХ КОММУНИКАЦИЙ
При развитии горных работ в глубоких карьерах стремятся к минимальному разносу бортов и интенсивному понижению в глуби ну. Однако при этом встречается ряд трудностей, особенно сказываю щихся на возможностях эксплуатации железнодорожного транспорта. Установлено, что увеличение глубины карьеров в 1,5—2 раза значи тельно осложняет работу железнодорожного транспорта. На 35—45 % увеличиваются расстояния транспортирования, до 50—60 % повышает ся удельный вес участков путей с руководящими подъемами, возни кает проблема провозной и пропускной способности транспортных коммуникаций, их размещения, а также устройства пунктов обмена и формирования составов на нижних горизонтах и т. д.
Одной из кардинальных мер наиболее интенсивного понижения горных работ и создания условий для применения этого транспорта на большой глубине разработок при отработанной, в основном верх ней, зоне является строительство в карьерах железнодорожных путей с большими уклонами.
Пути с повышенными уклонами строят только с определенной глубины карьера, что вызвано ограниченными размерами карьера по глубине и необходимостью сокращения расстояния откатки авто мобилями при комбинированном автомобильно-железнодорожном транспорте. Однако это приводит к снижению весовой нормы поезда и необходимости сооружения станции для формирования поездов (с полным сцепным весом), что бывает затруднительно на нижних гори зонтах.
Пониженная весовая норма поездов является основным недостат
ком применения крутых уклонов. Снижение производительности ло комотив осоставов по этой причине компенсируется сокращением длины транспортных коммуникаций (главных и приемо-отправочных путей раздельных пунктов) и возможным сокращением времени оборота поезда.
Повышенный уклон позволяет сократить объемьцгорно-капиталь- ных работ по строительству внешних траншей и увеличить глубину их заложения, обеспечивая непосредственные (без тупиков; заезды с по верхности на большее число горизонтов.
Для достижения конечной глубины карьера при больших величи нах руководящих уклонов, в сопоставлении с применяемыми в прак тике проектирования и эксплуатации, требуется организация меньше го числа внутрикарьерных раздельных пунктов, что несомненно упро щает общую схему транспортных коммуникаций. При сокращении же протяженности основных выездов и соединительных путей умень шаются объемы путепереукладочных работ.
В настоящее время в большинстве случаев применение крутых уклонов является или вынужденным явлением, или обусловливается технико-экономическим эффектом, получаемым при ведении горных работ. Целесообразность перехода на глубине к устройству железно дорожных съездов с уклонами более 40 %свызвана следующими при чинами:
ограниченные параметры карьера в плане (или отдельных его участков) при использовании уклонов 40 %о не позволяют вписать транспортные коммуникации для отработки нижних горизонтов карьера без большого разноса бортов;
применение крутых уклонов позволяет резко сократить объемы вскрышных работ, интенсифицировать ввод нижележащих горизон тов в эксплуатацию с использованием железнодорожного транспорта, перераспределить объемы извлечения вскрышных пород во времени.
Кроме того, уменьшается расстояние транспортирования за счет преодоления необходимой высоты подъема с большей величиной ук лона, а это в свою очередь приводит к сокращению транспортных средств, затрат на устройство транспортных коммуникаций и т. д.
Все это в целом не только перекрывает указанный недостаток, вызываемый снижением весовой нормы поезда, но и дает определен ный экономический эффект.
Чтобы увеличение уклонов не столь существенно отражалось на весовой норме поезда, сцепной вес и мощность электровозов и тяго вых агрегатов должны выбираться с учетом сохранения полезного ве са поезда при изменении уклона (рис. 100,101).
Полезная мощность тяговых двигателей локомотивов (в кВт)
Р = 103 Fv/(367i?3 п) , |
(120) |
где F — сила тяги, Н; |
v — скорость движения локомотива, км/ч; |
т?3 п “ к. п. д. зубчатой передачи. |
|
Расчетная мощность |
на руководящем подъеме определяется по |
а
больших уклонах:
а — /р = 40 %о; 5 - i = 80 %0; 1,2, 3,4 — сцепной вес локомотивосостава при ве се поезда 9000,12 0(ГО, 15 000 и 18 000 кН
Рис. 101. Зависимость расчетной мощности от коэффициента тяги локомотива при больших уклонах:
а - /р = 40 %©; б - /р = 80 %о\ 1,2, 3,4 — сцепной вес локомотивосостава при ве се поюда 9000, 12 000, 15 000,18 000 кН
этой же формуле подстановкой соответствующих значений макси мальной силы тяги локомотива Fmax, реализуемой на руководящем подъеме, при установившейся скорости v.
Максимальная сила тяги локомотива (в кН) определяется его сцепным весом g0 и фактическим коэффициентом сцепления для ус тановившейся скорости движения по следующей формуле:
^шах “ ^шах^о* |
(121) |
Сцепной вес локомотива (в кН) рассчитывается для различных