книги из ГПНТБ / Васильев М.В. Автомобильный транспорт карьеров

установление оптимальных конструктивных параметров карьер­ ных автотранспортных средств;

обоснование перспективных рядов специализированных карьер­ ных автомобилей с учетом динамики развития открытых горных работ;

определение оптимальных пространственных параметров и об­ ласти применения в карьерах серийно выпускаемых большегрузных автомобилей;

распределение автомобильных грузопотоков по технологическим маршрутам в карьере (забой — перегрузочный пункт; забой — обогатительная фабрика и т. д.);

распределение объема автотранспортных перевозок по отдельным участкам, залежам или карьерам;

выбор типа покрытий карьерных автодорог и конструкции дорож­ ных одежд, обеспечивающих эффективную эксплуатацию карьерных автомобилей большой грузоподъемности;

определение сроков и оптимального режима постадийного усиле­ ния покрытий карьерных автодорог в динамике разработки место­ рождения.

Перечисленные задачи решаются методами линейного или квад­ ратичного программирования. Другой комплекс задач, связанных с необходимостью моделирования реального транспортного процесса, решается методом статистического моделирования (метод МонтеКарло). К ним относятся:

установление оптимального сочетания погрузочного и транспорт­ ного оборудования;

определение оптимального варианта загрузки горнотранспорт­ ного оборудования;

исследование режимов работы карьерного автомобильного транс­ порта во времени с учетом реальных условий эксплуатации;

определение оптимальной пропускной способности магистраль­ ных карьерных автодорог, пунктов приема и перегрузки горной

Решение задач карьерного автомобильного транспорта с приме­ нением ЭВМ требует математического описания, соответствующего специфике производственного процесса (конструирование автомо­ биля, эксплуатация в карьере, техобслуживание и ремонт), и логи­ ческой постановки задачи. Математическое описание определяет основные количественные взаимосвязи рассматриваемых факторов, определяющие статистические характеристики стохастических про­ цессов, и дает основную математическую формулировку задачи. В соответствии с математическим описанием и целью поставлен­ ной задачи выбирается метод решения и алгоритм его реализации на ЭВМ.

§ 2. Многофакторные экономико­ математические модели выбора оптимальных параметров карьерного автомобильного транспорта

Для определения оптимальных конструктивных параметров авто­ транспортных средств и горнотехнических параметров эксплуатации автомобильного транспорта применяют многофакторные экономикоматематические модели, которые позволяют с экономических пози­ ций определить оптимальную область применения серийно выпу­ скаемых карьерных большегрузных автомобилей в горнотехниче­ ских условиях современных карьеров и оптимизировать основные конструктивные параметры автомобилей (грузоподъемность, мощ­ ность двигателя, скорость движения) с учетом современного состоя­ ния и динамики развития открытых горных работ на перспективу. Решение экономико-математических задач в области карьерного автомобильного транспорта основано на оценке сравнительной эффективности вариантов путем сопоставления приведенных затрат, соответствующих каждому из конкурирующих вариантов,

вида транспорта, что не влечет за собой существенного изменения технологии разработки месторождения, то нет необходимости учи­ тывать разновременность затрат.

Составление экономико-математических моделей, разработка алго­ ритмов их реализации на ЭВМ и выбор оптимального решения невозможны без установления критерия оценки, соответствующего цели и методу решения поставленных задач и обеспечивающего без­ условно правильное решение. При оптимальном решении задачи данный критерий принято называть критерием оптимальности.

В процессе экономико-математического моделирования при вы­ боре параметров карьерного автомобильного транспорта должны учитываться основные положения Типовой методики определения экономической эффективности капитальных вложений. В частности, параметры эксплуатации автомобильного транспорта должны рас­ сматриваться не обособленно, а в совокупности со смежными техно­ логическими звеньями разработки карьера.

Постановка задачи должна предусматривать определение опти­ мальных горнотехнических параметров эксплуатации автомобилей с учетом технологической взаимосвязи процессов экскавации, транс­ портирования и отвалообразования. В связи с этим условием дол­

212

жен быть выбран и критерий оптимального решения задачи. В на­ шем случае критерием оптимальности, в наибольшей степени отве­ чающим изложенным положениям, является стоимость экскавации, транспортирования и укладки в отвал 1 т горной массы.

При решении задачи по стадиям могут быть выбраны частные критерии оптимальности. Например, для определения горнотехниче­ ских параметров эксплуатации автомобильного транспорта по усло­ вию транспортирования критерием оптимальности является стои­ мость перевозки 1 т горной массы.

В рассматриваемом случае при постановке задачи в общем виде критерий оптимальности должен удовлетворять условию минимума затрат на экскавацию, транспортирование и укладку в отвал 1 т горной массы. Таким образом, оптимальным будет вариант (или несколько вариантов при различных постановках задачи), при кото­ ром будет получена наименьшая стоимость добычи 1 т горной массы по трем технологическим процессам.

Выбор оптимальных горнотехнических параметров и области применения карьерного автомобильного транспорта при помощи ЭВМ. Целью постановки этой задачи является определение опти­ мальных параметров работы карьерного автомобильного транспорта. Однако при этом следует учитывать отмеченную выше технологиче­ скую взаимосвязь процесса транспортирования с другими про­ цессами.

Параметры автомобильного транспорта зависят от вида погрузоч­ ного оборудования и эффективности его использования в забое, от схемы отвалообразования и производительности отвального обору­ дования. Технико-экономические показатели смежных процессов оказывают влияние на эффективность работы автомобильного транс­ порта. В свою очередь, эффективность автомобильного транспорта определяет целесообразные горнотехнические параметры его эксплуа­ тации, важнейшими из которых следует считать дальность транспор­ тирования, глубину разработки (высоту подъема горной массы), продольный уклон откаточных дорог и их профиль по всей длине транспортирования.

В общем случае нам необходимо установить и выбрать параметры эксплуатации автосамосвалов и автополуприцепов семейства БелАЗ на существующих карьерах, характеризующихся определенными условиями транспортирования. Для получения оптимальных пара­ метров принимаем следующий порядок решения поставленной задачи:

1. Анализ реальных и перспективных горнотехнических и тех­

213

4.Выбор основных горнотехнических, технологических, дорож­ ных параметров, оказывающих влияние на показатели процесса транспортирования.

5.Выбор критериев оптимальности, отвечающих целям и зада­ чам исследования.

6.Построение экономико-математической модели стоимости экс­

кавации, транспортирования и укладки в отвал 1 т горной массы с учетом технологических взаимосвязей и реальных условий разра­ ботки карьера с применением автомобильного транспорта.

7. Выбор метода решения на ЭВМ, составление программ и реше­ ние задачи при следующих вариантах:

а) транспортирование вскрышных пород во внешние отвалы на карьерах глубинного типа;

б) транспортирование вскрышных пород во внешние отвалы на карьерах нагорного типа;

в) транспортирование полезного ископаемого на внутрикарьер­ ный склад или обогатительную фабрику;

г) определение оптимальных параметров автомобильного транс­ порта на конкретном карьере.

8. Анализ полученных результатов, выбор оптимальных пара­ метров работы автотранспортных средств большой грузоподъем­ ности и их классификация по виду автомобилей и условиям экс­ плуатации.

В структурном виде экономико-математическая модель стоимости 4 т горной массы по трем рассматриваемым процессам при автомо­

где К э к , К т р , К о т — капитальные затраты на экскавацию, транспор­ тирование и укладку в отвал 1 т горной массы; С э к , С г р , С от — экс­ плуатационные расходы по тем же процессам.

Вэкономико-математической модели предусматривается учет затрат по трем процессам, но при этом не ставится цель одинаково подробно проработать каждый из процессов. В нашем случае наи­ более детально представлена транспортная составляющая.

Вразвернутом виде экономико-математическая модель предста­ влена следующими составляющими:

1. Расчетные капитальные затраты на экскавацию

214

работы карьера в году; к 3 — коэффициент экскавации; к и — коэф­ фициент использования оборудования во времени.

2. Эксплуатационные расходы на экскавацию, выполнение вспо­ могательных работ и устройство временных автодорог

где Смэ — стоимость машино-смены экскаватора, руб.; Смб — стои­ мость машино-смены бульдозера в забое, руб.; Сзд — стоимость создания и содержания 1 км забойных автодорог, руб.; hy — высота уступа, м; В — ширина рабочей площадки, м.

3. Расчетные капитальные затраты по приобретению подвижного состава на собственно перевозку 1 т горной массы описываются уравнением

где /с„ — коэффициент неравномерности работы карьера в течение года; А й — первоначальная стоимость автомобиля; С с — стоимость стоянии автомобиля с учетом мощности гаража, среднесуточного пробега автомобиля, выполнения в гараже капитальных ремонтов, внегаражных коммуникаций и т. д.; £пр — время погрузочно-раз­

автомобиля, приходящаяся на 1 тс веса в груженом и порожнем состоянии; т]кв — к. и. д. ведущего колеса автомобиля; ц т — к. п. д.

кг — коэффициент использования грузоподъемности.

4.Эксплуатационные расходы по процессу транспортирования автомобилями:

215

вающий долю затрат на капитальный ремонт, приходящуюся иа

горюче-смазочных материалов на 100 км пробега; к ф — коэффициент учитывающий фактический расход дизельного топлива; А т — стои­ мость дизельного топлива; А м — стоимость авиамасла; ksl — коэф­ фициент, учитывающий фактический расход авиамасла; к ТАоп — коэффициент, учитывающий дополнительный расход дизельного

и годового содержания 1 км постоянных автодорог в карьере, иа повер­

где С ы б — стоимость машино-смены бульдозера; С 0А — стоимость сооружения и годового содержания отвальных автодорог; hory — высота яруса отвала; Ьтіп — наименьшая ширина площадки для разгрузки автомобиля на отвале.

Поскольку область эксплуатации автотранспорта в карьере опре­ деляется совокупностью горнотехнических параметров, то в частном случае необходимо знать оптимальные величины расстояния транс­ портирования L, высоты подъема (спуска) горной массы II и уклона автодороги ір .

216

Оптимальная область эксплуатации заданного автомобиля соот­ ветствует минимуму целевой функции

вана на ЭВМ по блок-схеме, приведенной на рис. 89. Оптимальные области эксплуатации серийно выпускаемых карьерных автомоби­ лей устанавливаются на основе экономического критерия, а затем должны корректироваться для каждого месторождения в зависи­

21?

В процессе расчета на ЭВМ для определенных условий проекти­ руемого года оптимизируется следующая совокупность параметров: грузоподъемность и тип автомобиля, тип и емкость ковша экскава­ тора, уклон автодорог. Для определения оптимальных параметров по разработанному алгоритму на ЭВМ многократно решается задача при всех возможных сочетаниях оптимизируемых параметров и за­ тем для условий данного года выбираются те из них, которым соответствует минимум приведенных затрат.

Рпс. 90. Блок-схема алгоритма выбора оптимальных конструктивных пара­ метров автомобильного транспорта (2 С — суммарные приведенные затраты)

Алгоритм расчета и выбора оптимальных конструктивных пара­ метров автотранспортных средств для карьеров (рис. 91) построен с учетом большой совокупности влияющих факторов, которые под­ разделяются на следующие основные группы:

1) конструктивные параметры и техническое состояние автомо­ биля — грузоподъемность, мощность двигателя, тягово-динамиче­ ские качества, скорость, емкость кузова, маневренность, приспосо­ бленность к работе в карьере, техническая готовность автомобиля в течение рассматриваемого периода, конструктивное совершенство автомобиля в целом и т. д.;

2) горнотехнические и технологические условия эксплуатации автомобиля в карьере — расстояние транспортирования, высота

218

В в о д

исход ны х данны х

Рис. 91. Порядок выбора иа ЭРМ оптимальной сорокупиости параметров при автомобильном транспорте

подъема горной массы, руководящий уклон, геометрические пара­ метры и состояние автомобильных дорог, физико-механические свой­ ства пород и руд, технологическое соответствие погрузочного экска­ ватора типу применяемого автомобиля, схема движения в карьере и на отвале, условия разгрузки в приемные бункера н т. д.;

3) организационные факторы — режим работы карьера, авто­ хозяйства и автомобиля во времени, показатели использования авто­ парка, условия хранения, технического обслуживания и ремонта, мощность и оснащение ремонтной базы и т. д.

Все зависимости, характеризующие условия и процесс эксплуа­ тации автомобиля в карьере, представлены в алгоритме математи­ чески в виде аналитических или эмпирических формул и уравнений. Так, основной горнотехнический фактор — расстояние транспорти­ рования горной массы — представлен в модели суммой

Ар = ^1 + ^2 + ^3 + h + ^5)

где Іг — расстояние транспортирования по горизонтали на поверх­ ности (задается по условиям карьера); 12 — длина вскрышной тран­ шеи,

Л‘т р / г т

ктр— коэффициент развития трассы вскрышной траншеи; /іг — глубина траншеи; ір — руководящий уклон; 13 — средневзвешенное расстояние транспортирования горной массы от экскаватора до съезда,

lL — расстояние от забоя і-го экскаватора до съезда; ijt — объем горной массы, транспортируемой из забоя і-го экскаватора; і, — расстояние транспортирования по борту карьера,

( / / к — Л т ) А ' т р

'p

Н К — глубина карьера; 15 — расстояние транспортирования по отвалу.

При введении в алгоритм тягово-динамических качеств автомо­ билей учитывается суммарная сила сопротивления движению на всех участках карьерных автодорог и для всех возможных типов дорожных покрытий. Эксперементальная проверка вводимых в алго­ ритм математических зависимостей при испытании существующих моделей автомобилей грузоподъемностью 27—75 т на Ингулецком, Первомайском, Анновском, Сарбайском и других карьерах показала удовлетворительную сходимость расчетных и фактических пара­ метров движения.

Результаты проведенных исследований показывают, что па совре­ менном этапе развития автомобильного транспорта п открытых гор­

220