2835.Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных и

Секция 6. Горные и нефтепромысловые машины и оборудование

дит процесс разрушения породы. Тензодатчики 9 фиксируют возникающие напряжения на зубьях 8. С тензодатчиков 9 аналоговый сигнал передается на усилитель сигнала, затем усиленный сигнал поступает в блок коммутации «Силькан», который преобразует аналоговый сигнал в цифровой. Из блока коммутации «Силькан» цифровой сигнал поступает в компьютер, где с помощью специальной компьютерной программы определяются значения сил, действующих на отдельные зубья.

Для определения конструктивных параметров, отдельных зубьев и узла в целом проведен расчет на жесткость и прочность. Расчет проводился в компьютерной программе «Компас-3D», которая предназначена для создания трехмерных ассоциативных моделей отдельных деталей и сборочных единиц, содержащих как оригинальные, так и стандартизованные конструктивные элементы. Сила прикладывалась к кромке зуба, осуществлялось закрепление пластины узла крепления. На рис. 2 показан расчет значений напряжения (см. рис. 2, а) и перемещений зубьев (см. рис. 2, б). Видно, что максимальные напряжения возникают на зубьях в точках контакта с породой, а наибольшие перемещения образуются в месте между зубьями и пластиной, на которой закреплены зубья. Расчет показал, что узел крепления зубьев обладает достаточной прочностью и жесткостью.

Рис. 2. Результаты расчетов в программе «Компас-3D»

Предлагаемое изменение токарного станка дает возможность использования его в качестве стенда для исследования процессов резания породы зубьями. В частности, стенд позволяет исследовать различные расстановки зубьев в зависимо-

511

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

сти от категории пород и формы зубьев. В дальнейшем результаты работы позволяют установить рациональную расстановку зубьев на ковше и могут быть использованы в качестве рекомендаций при проектировании ковшей и их зубьев.

Список литературы

1.Зеленин А.Н., Баловнев В.И., Керов И.П. Машины для земляных работ. – М.: Машиностроение, 1975. – 424 с.

2.Ветров Ю.А., Баладинский В.Л. Машины для специальных земляных работ. – Киев: Вища школа, 1980. – 192 с.

3.Муравский А.К. Определение рациональной расстановки зубьев на ковше экскаватора // Горное оборудование и электромеханика. – 2013. – № 11. – С. 45–48.

4.Пат. 1654570 СССР. Стенд для исследования процессов разрушения горных пород / Вернер В.Н., Нестеров В.И., Богомолов И.Д., Хорешок А.А., Кузне-

цов В.В. – № 800360; кл. Е 21 С 23/32; 1979.

5.Пат. 1257214 СССР. Универсальный стенд для исследования процессов резания горных пород / Мерзляков В.Г., Кузьмич И.А., Круглов Л.И., Лондон В.Н. –

1986.

512

Секция 6. Горные и нефтепромысловые машины и оборудование

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ДОРОГ МАТЕРИАЛОВ, ПОПУТНО ДОБЫВАЕМЫХ ПРИ РАЗРАБОТКЕ АЛМАЗОНОСНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЗАПАДНОЙ ЯКУТИИ

С.П. Тарасов, А.Ю. Тихомиров

Научный руководитель – канд. техн. наук, вед. науч. сотрудник П.И. Тарасов Институт горного дела Уральского отделения РАН

На данный момент Западная Якутия является очень богатой, но пока еще мало изученной территорией РФ. Для полноценного использования ее природных ресурсов необходимо комплексное внедрение новых технологий в различных областях.

Ключевые слова: Западная Якутия, строительство дорог, отвал, кимберлитовые месторождения, разрушение негабаритов.

В результате активной промышленной деятельности на территории Республики Саха (Якутия), интенсивно продолжающейся более полувека, почвенные ресурсы в разной степени нарушены и деградированы, а значительные площади естественных природных почв полностью уничтожены.

За историю алмазопоисковых работ в Якутии было выявлено и опробовано более 1500 коренных и россыпных кимберлитовых месторождений, которые сосредоточены в Якутской алмазоносной провинции (ЯАП). Площадь ее составляет около 900 тыс. км2 [1].

Климат района Западной Якутии, где расположены рассматриваемые месторождения, резкоконтинентальный с продолжительным зимним периодом и коротким умеренно теплым, иногда жарким летом. Абсолютный максимум температур (+35 °С) фиксируется в июле, абсолютный минимум (–65 °С) – в январе. Среднегодовая температура –11 °С. Среднегодовая сумма осадков состав-

ляет 234 мм [2].

Характер распространения многолетнемерзлых пород (ММП) прерывистый, непосредственно они занимают от 20 до 50 % площади и обычно приурочены к переувлажненным маревым участкам. Мощность многолетнемерзлой толщи горных пород обычно составляет 20–30 м и не превышает 70 м, при минимальных температурах –1,5 °С. Вне площади развития многолетнемерзлых пород температура горных пород на подошве слоя годовых колебаний значительно выше и достигает 2 °С [3].

Согласно данным, представленным в работе А.П. Пестерева «Почвенный покров Западной Якутии» [3], глубины сезонного оттаивания и промерзания грунтов для Западной Якутии близки и варьируют в пределах 2,5–3,0 м, что необходимо учитывать при строительстве дорожного полотна. Объемная льдистость в супесях 35–50 %, в песках 30–50 %. Сезонное промерзание грунтов вне площади развития ММП составляет 2–3 м.

При строительстве дорог необходимо учитывать, что необходимый материал приходится собирать со слоя, находящегося под многолетнемерзлыми породами, т.е. на глубине не менее 30 м, а на некоторых участках и более 70 м. Это увеличи-

513

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

вает материальные и трудовые затраты на работу. Данная проблема отсутствует при использовании уже готовых отвалов. Можно использовать материал, попутно добываемый при разработке алмазоносных месторождений, для строительства автомобильных и железнодорожных полотен.

Вотвале нет жесткой границы между различными слоями, но общий состав кимберлитов позволяет использовать их для возведения фундаментов автомобильных дорог и других объектов, так как не противоречит требованиям СНиП 2.05.07–91 «Промышленный транспорт» и ВСН 84–89 «Изыскания, проектирование и строительство автомобильных дорог в районах распространения вечной мерзлоты».

Вбудущем этот метод позволит значительно уменьшить объем отвалов либо полностью исключить их создание. Предполагается, что материал, вывозимый

скарьера, в условиях Арктики и прилегающих северных территорий будет дос-

тавляться непосредственно к строящемуся участку дороги. Это, безусловно, не только уменьшит трудовые, временные и экономические затраты при разработке месторождения, но и улучшит экологическую обстановку региона.

В качестве вспомогательной техники для работы этого комплекса требуется дополнительно освоить ряд оборудования: автономные экскаваторы в специальном северном исполнении, дробильно-сортировочные и буровзрывные устройства. Предполагается их участие в разборке отвалов для последующей погрузки пород на другие виды транспорта. Кроме этого, необходимо развить серийное производство судов на воздушной подушке, снегоболотоходов и других видов техники, обладающих хорошими амфибийными возможностями, которые будут использоваться на ранних стадиях отработки месторождений для перевозки людей и оборудования, когда еще отсутствуют дороги. На следующем этапе после проведения подготовительных работ в карьере необходимо применение многозвенных автопоездов с активными осями, а после этого для связи всех карьеров в единую сеть в условиях Арктики и северных территорий Западной Якутии использование облегченной железной дороги. В настоящее время эти виды транспорта не имеют аналогов в мировой практике.

Одним из способов, повышающих эффективность разрушения негабаритных кусков мерзлых пород, является мобильный многофункциональный комплекс, позволяющий значительно снизить ручной труд.

Принцип работы мобильного многофункционального комплекса, который изготавливается в различных вариантах и комплектациях, заключается в следующем: экипаж, состоящий из водителя-крановщика и взрывника, подъезжает к объекту, на котором предварительно складируются негабаритные куски. При необходимости негабаритные куски дополнительно перемещаются рабочим органом на удобное для взрывания место. С помощью навесного оборудования производится бурение негабаритных кусков при средней глубине шпура 560 мм.

При подготовке к единичным взрывам негабарит горной массы накрывается защитным устройством, затем экипаж укрывается в бронированной кабине, откуда и производится управление взрывом. После осуществления взрыва специальное

514

Секция 6. Горные и нефтепромысловые машины и оборудование

укрытие поднимается с поверхности земли и устанавливается краном на следующий негабарит или обратно на передвижную платформу и транспортируется до очередного склада негабаритов (рисунок).

Рис. Мобильный многофункциональный комплекс для разрушения негабаритов: 1 – манипулятор с буровой установкой; 2 – кран с буровой установкой; 3 – специальное укрытие; 4 – транспортное средство (автомобиль);

5 – дополнительная опора; 6 – аутригеры

Согласно расчетам, проведенным при использовании данных, представленных в справочном пособии В.Ф. Колганова и А.Н. Акишева «Коренные месторождения алмазов Западной Якутии» [4], из отвала тр. Мир может быть использовано более 40 млн м3. Даже если учитывать, что не весь попутный материал, получаемый при добыче алмазов, будет использоваться для строительства дорог при средней ширине автодороги 12 м и высоте укладки в среднем 2–3 м, этого материала хватит более чем на 1000 км автодороги.

Из отвала тр. Удачная может быть использовано примерно в 2 раза больше материала (свыше 80 млн м3), и при таких же расчетах его хватит уже не менее чем на 2000 км автомобильных и железнодорожных полотен, включая вспомогательные разветвления.

Расчеты являются лишь приблизительными и служат только для понимания ориентировочных объемов материала, который можно использовать при строительстве автомобильных и железнодорожных путей, включая другие социальные

515

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

объекты. Но уже даже на этой стадии видно, какой экономический и экологический эффект будет иметь данный метод.

Список литературы

1.Тарасов П.И. Обоснование путей развития транспортных средств для освоения северных территорий России // Проблемы карьерного транспорта: материалы XII междунар. науч.-практ. конф., 1–4 октября 2013 г. / ИГД УрО РАН. – Екатеринбург, 2013.

2.Проблемы магистрального транспортирования руды от удаленных кимберлитовых месторождений / П.И. Тарасов [и др.] // Проблемы карьерного транспорта: материалы XII междунар. науч.-практ. конф., 1–4 октября 2013 г. / ИГД УрО РАН. – Екатеринбург, 2013.

3.Пестерев А.П. Почвенный покров Западной Якутии // Вестник Сев.-Вост. федер. ун-та им. М.К. Аммосова. – 2013. – Вып. № 3, т. 10.

4.Колганов В.Ф., Акишев А.Н. Коренные месторождения алмазов Западной Якутии: справочное пособие / АК «АЛРОСА»; Ин-т «Якутнипроалмаз». – Ново-

сибирск: Гео, 2011. – 215 с.

516

Секция 6. Горные и нефтепромысловые машины и оборудование

ВЫБОР НАИЛУЧШЕЙ КОНСТРУКЦИИ ТРАНСПОРТИРУЮЩЕЙ МАШИНЫ ДЛЯ КОНТЕЙНЕРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ

Б.Б. Тимирханов

Научный руководитель – канд. техн. наук С.Л. Кузьмин Рудненский индустриальный институт

Приводятся основные требования, предъявляемые к конструкции контейнеровоза при контейнерной технологии ОГР. Проведен анализ некоторых конструкции существующих машин на возможность их применения в качестве контейнеровоза.

Ключевые слова: карьер, технология, транспорт, контейнер, транспортная машина, конструкция.

Открытые горные работы в современном промышленном производстве занимают одно из первых мест по капиталоемкости и длительности реализации проектов. Основная задача при разработке мощных глубоких карьеров – обоснование и выбор рационального сочетания основного оборудования в комплектах, формирующих структуру общего технологического процесса карьера. В частности, это в полной мере относится к одной из самых затратных карьерных систем – транспортированию руды и вскрышных пород (до 60–70 %). В глубоких карьерах основная часть транспортного тракта – участок подъема по борту карьера – должна минимально ограничивать подвигание рабочих уступов карьера, иметь резервные мощности для надежной работы карьера на различных этапах его развития. Сборочное звено транспортной системы должно обеспечить бесперебойную высокопроизводительную работу забойных экскаваторов.

Проблема транспорта на открытых горных работах достаточно глубоко проработана в научных исследованиях [1, 2, 3]. Имеется множество технологических решений, однако развитие рыночных механизмов в экономике, разнообразие природных условий, ведения горных работ и экологические аспекты ставят новые задачи и требуют новых подходов к их решению.

Как наиболее оптимальный вариант для решения большинства проблем открытых горных работ предлагается внедрение контейнерной технологии [4]. Новая технология подразумевает подъем горной массы в контейнерах последовательно установленными подъемными машинами. Доставка контейнера от забоя до подъемной машины осуществляется специальными транспортными машинами – контейнеровозами. На промежуточных площадках выполняется перецепка груженых и порожних контейнеров.

Контейнеровозу предъявляются следующие требования. Он должен выполнить захват контейнера на площадке около экскаватора, доставить его по рабочему горизонту к месту подъема от экскаваторного забоя до места подъема по борту карьера, а порожний контейнер доставить с площадки подъема в забой экскаватора. Кроме того, контейнеровоз для открытых горных работ должен иметь большую грузоподъемность (до 100–150 т), высокую проходимость.

517

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

Контейнеровоз в данной схеме перемещает груженые контейнеры по горизонтальной площадке без подъемов и поэтому может иметь вдвое меньшую мощность двигателя, а значит, и меньшую стоимость, чем обычный автосамосвал.

Эффективность использования специального контейнеровоза в контейнерной технологии открытых горных работ заключается в снижении экономических потерь от простоев транспортных средств под погрузкой и в повышении производительности экскаватора. В рабочий цикл контейнеровоза не входит простой под погрузкой в отличие от автосамосвалов и железнодорожных поездов.

Контейнеровоз может быть выполнен как на гусеничном, так и на колесном ходу. Каждый из этих вариантов имеет ряд приемуществ и недостатков, которые в свете требований к контейнеровозу могут рассматриваться как равнозначные варианты.

В качестве аналога рассматривается контейнерный погрузчик – ричстакер (рис. 1). Но предварительные расчеты показали, что данный вариант может не обеспечить требований по грузоподъемности вследствие стреловой конструкции. Максимальная их грузоподъемность 52 т при минимально требуемой 75 т [5].

Отсутствие у ричстакера хороших внедорожных качеств также ограничивает его применение в карьере.

Рис. 1. Ричстакер

Вкачестве другого варианта была предложена конструкция контейнеровоза

сП-образной рамой.

Рама контейнеровоза имеет в плане П-образную форму, на ее поперечине в передней части закреплены двигатель, гидронасос, гидросистема, приборы управления и кабина машиниста. Над консольными частями рамы контейнеровоза закреплена шарнирно на рычагах и гидроцилиндрах грузовая рама П-образной формы. Расстояние между консолями (ширина в свету) рамы контейнеровоза и грузовой рамы больше ширины перевозимого контейнера, причем расстояние между консолями грузовой рамы меньше максимальной ширины контейнера по грузовым кронштейнам, закрепленным на боковых стенках контейнера.

518

Секция 6. Горные и нефтепромысловые машины и оборудование

Рис. 2. Контейнеровоз для открытых горных работ:

1 – шарнир с вертикальной осью; 2 – гидроцилиндры; 3 – выступы и выемки на консолях грузовой рамы; 4 – подвижная грузовая рама П-образной формы; 5 – рама П-образной формы; 6 – рычаги крепления грузовой рамы; 7 – осевые шарниры с горизонтальными осями; 8 – шарнир с осью, наклонной к продольной оси контейнеровоза и кзади;

9 – опорный рычаг хвостовой части консоли грузовой рамы; 10 – хвостовая часть консоли грузовой рамы; 11 – пластина из эластичного материала

Гидроцилиндры и рычаги шарнирно крепятся внизу к основной раме контейнеровоза, а вверху – к грузовой раме, причем рычаги, кроме поддерживающих хвостовые части консолей, параллельны друг другу и вместе с консольными частями рамы контейнеровоза и грузовой рамы образуют параллелограмм. Верхняя часть консолей грузовой рамы имеет выступы и углубления, размеры которых по глубине и ширине не менее диаметра грузовых кронштейнов контейнера. Хвостовая часть каждой консоли грузовой рамы прикреплена к раме с помощью шарнира

свертикальной осью, а рычаг, на который опирается хвостовая подвижная часть консоли грузовой рамы, имеет на верхнем конце шаровой шарнир, а на нижнем конце – осевой шарнир, причем ось нижнего шарнира наклонена в сторону продольной оси контейнеровоза и назад.

П-образная форма основной и грузовой рамы контейнеровоза для открытых горных работ позволит упростить захват контейнера.

Однако наличие в данной конструкции подвижной П-образной рамы для подъема контейнера может также существенно ограничить грузоподъемность самого контейнеровоза вследствие ее шарнирного закрепления. Будет достаточно сложно обеспечить жесткость этой системы на карьерных дорогах, особенно в забое. Рассматривается вариант замены подвижной рамы на жестко закрепленные цилиндры,

спомощью которых будет подниматься и фиксироваться контейнер.

519

Проблемы разработки месторождений углеводородных и рудных полезных ископаемых

Также в данной конструкции, как нам видится, не учтена возможность преодоления даже небольших подъемов, которые могут неизбежно возникнуть.

Рассматривая вопрос оптимальной конструкции, можно сделать вывод, что существующие конструкции не подходят вследствие проектирования их под специфические условия, сильно отличающиеся от условий на открытых горных работах. Предлагаемые варианты конструкций также требуют дальнейшей конструкторской проработки, проверки их права на жизнь с помощью моделирования в различных программных комплексах.

Список литературы

1.Яковлев В.Л., Тарасов П.И., Журавлев А.Г. Новые специализированные виды транспорта для горных работ / УрО РАН. – Екатеринбург, 2011. – 375 с.

2.Столяров В.Ф. Проблемы циклично-поточной технологии глубоких карьеров / УрО РАН. – Екатеринбург, 2004. – 375 с.

3.Тарасов П.И. Пути экономии дизельного топлива на карьерном транспорте //

Горный журнал. – 2006. – № 2. – С. 72–75.

4.Применение контейнерной технологии при доработке глубоких карьеров / М.Ж. Битимбаев [и др.] // Чтения памяти В.Р. Кубачека: сб. тр. Х междунар. научтехн. конф. – Екатеринбург, 2012. – С. 400–404.

5.Жунусов Т.Т., Кузьмин С.Л., Тимирханов Б.Б. Возможность применения на золотоносных месторождениях Казахстана контейнерной технологии транспортирования горной массы // Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр: сб. тез. докл. 11-й Междунар. конф. / ВКГТУ им. Д. Серикбаева. – Усть-Каменогорск, 2012. – С. 268–269.

520