Дробильно-перегрузочных пунктов на борту карьера: 1 – дпп; 2 – cтационарный конвейерный подъемник; 3 – передаточные конвейеры на постоянном борту карьера

Размещение ДПП на временных целиках пород исключает выемку дополнительной вскрыши от горно-подготовительных работ под площадки этих пунктов в отличие от размещения их на участках постоянного борта карьера, как это имеет место в большинстве проектов ЦПТ. С учетом того, что дополнительные объемы разноса борта для размещения конвейерных траншей за счет совмещения наклонных предохранительных и транспортных берм также незначительны, общие объемы разноса борта для размещения дробильно-конвейерного комплекса на нерабочем борту карьера практически сводятся к нулю. При этом условии различия в приведенных вариантах применения крутонаклонных и обычных ленточных конвейеров в общем случае становятся незначительными, что не позволяет строго определить область их рационального применения. Очевидно, что использование крутонаклонного конвейерного подъема всегда целесообразно в особых (стесненных) условиях разработки месторождений, когда применение обычных ленточных конвейеров при размещении их в траншеях на борту карьера либо затруднено, либо невозможно.

Третья основная причина недостаточно эффективного применения ЦПТ связывается с нерациональными проектными решениями по выбору оборудования и организации взаимодействия дробильно-конвейерного комплекса со смежными звеньями. Следует отметить, что в этом плане научно-исследовательскими и проектными институтами также наработан большой объем методического материала. Вопрос лишь в правильном выборе методик для обоснования конкретных проектных решений. Вместе с тем, возможности параметрической адаптации систем с конвейерным транспортом на карьерах еще далеко не исчерпаны. Это, в первую очередь, касается систем с автомобильно-конвейерно-железнодорожным (а-к-ж. д.) транспортом, которые получили распространение сравнительно недавно. Несмотря на ряд преимуществ а-к-ж. д. транспорт имеет и большой недостаток – многозвенность, которая вызывает снижение производительности системы из-за колебания производительности смежных участков.

На основе разработанной в ИГД УрО РАН имитационной модели функционирования а-к-ж. д. транспорта установлено, что несовместные простои элементов системы могут составлять до 37–42% календарного времени. При существующем уровне развития техники, технологии, организации открытых горных работ значительное сокращение непроизводительных простоев затруднено. Вместе с тем, потери производительности, связанные с отсутствием горной массы на складе комплекса перегрузки с конвейерного на железнодорожный транспорт (до 7,8%) и отсутствием места на складе (до 5,5%), могут быть сведены к минимуму за счет управляющих воздействий на режим отгрузки горной массы со склада. В связи с этим возникает необходимость определения такой организации взаимодействия дробильно-конвейерного комплекса (ДКК) с железнодорожным транспортом, которая обеспечит рациональное использование технических возможностей погрузочного и транспортного оборудования системы а-к-ж. д. транспорта за счет снижения простоев по вышеуказанным причинам.

Решение задачи выбора рационального режима поступления локомотивосоставов под погрузку на склад комплекса перегрузки (КП) с конвейерного на железнодорожный транспорт с целью сделать минимальной вероятность дефицитности или переполнения склада возможно при управлении потоком заявок в зависимости от уровня запаса горной массы.

Эта задача может быть решена при исследовании следующей вероятностной модели (рис. 4). Пусть U₀ и U₁ –соответственно верхний и нижний критические уровни запаса горной массы на складе. λ₀ и λ₁ (λ₁<λ₀) – значения соответственно пониженной и повышенной интенсивности отгрузки горной массы со склада. q_t – объем горной массы, поступившей на склад в любую t-ю единицу времени; η_t – объем горной массы, отгруженной со склада в эту же единицу времени. Предполагается, что q_t, η_t – независимые случайные величины. Значение интенсивности поступления горной массы, кроме того, считается независящим от управления. Пусть в начальный момент времени уровень запаса составляет величину a₀<U₀. Математическое ожидание интенсивности отгрузки Mη_t=λ, поступления горной массы на склад Mq_t=μ.

Рис. 4. Функционирование склада КП с регулированием интенсивности поступления поездов под погрузку: U₀ – верхний критический уровень запаса горной массы на складе; U₁ – нижний критический уровень запаса; X₀ – повышенная интенсивность отгрузки; X₁ – пониженная интенсивность отгрузки; – точки переключения интенсивности отгрузки

Если λ₀<μ, то будет происходить постепенное накопление запасов и при некотором значении времени t впервые будет a_t=U₀ (a_t – запас на складе в момент времени t). В этот момент происходит переключение с пониженной на повышенную интенсивность отгрузки (с λ₀ на λ₁). Уровень запаса будет постепенно снижаться. Когда он достигнет нижнего критического значения U₁, происходит обратное переключение на пониженное значение λ₀. В дальнейшем процесс повторяется аналогичным образом. Учитывая, что а-к-ж. д. транспорт, как правило, применяется параллельно с автомобильно-железнодорожным и железнодорожным, высвободившиеся в период пониженной интенсивности отгрузки локомотивосоставы могут быть использованы для перевозки горной массы с верхних и средних горизонтов в составе вышеуказанных схем.

В описанной схеме регулируемыми параметрами являются U₀, U₁, λ₀, λ₁. Изменяя их значения, можно добиться того, что доля времени отсутствия горной массы, а также доля времени полного заполнения склада КП будут минимальными для конкретных горно-технических условий эксплуатации и применяемого оборудования.

Рациональный режим отгрузки со склада КП определяется с учетом условий, в которых может быть реализована способность процесса управления увеличивать эксплуатационную производительность транспортной системы карьера. За основу принят вариант, при котором прирост объемов перевозки горной массы допустим в тех пределах, которые в состоянии обеспечить транспортная система карьера без увеличения парка основного технологического оборудования.

Решение задачи зависит от ограничений на выходе системы. Предполагается, что годовая производительность системы в целом как по руде, так и по вскрыше не меньше проектной (Q_р≥Q_пр и Q_в≥Q_пв соответственно). Пределы регулирования интенсивности отгрузки горной массы со склада зависят от степени загрузки отдельных элементов горно-транспортной системы: забоев, на которые перераспределяются грузопотоки в периоды снижения интенсивности поступления локомотивосоставов на склад КП, отвальных тупиков, других мест приема горной массы, пропускной способности схемы путевого развития:

λ₀≤min{n₁,n₂,n₃,n₄},    (1)

где n₁, n₂, n₃, n₄ – интенсивность отгрузки горной массы, определяемая соответственно допустимой загрузкой забоев, на которые перераспределяются грузопотоки в периоды снижения интенсивности поступления локомотивосоставов на склад КП, отвальных тупиков, других мест приема горной массы, а также пропускной способности схемы путевого развития.

Проведенные на основе имитационного моделирования исследования работы горно-транспортных систем крупных глубоких карьеров позволяют констатировать следующее:

• коэффициенты использования забойных, складских, а также отвальных экскаваторов и мест приема руды на обогатительных фабриках, как правило, не превышают 50–55%. Таким образом, имеется резерв по их увеличению и при обосновании рационального режима управления отгрузкой горной массы со склада КП можно условно принять, что ограничения на входе и выходе систем с железнодорожным транспортом по этим показателям отсутствуют;

• для большинства крупных глубоких карьеров с развитым железнодорожным транспортом характерно, что пропускная (провозная) способность схем путевого развития при реализации перспективных проектных объемов перевозок приближается к своим максимальным значениям.

Таким образом, выбор рациональных режимов отгрузки горной массы со склада КП и перераспределение грузопотоков при увеличении интенсивности движения локомотивосоставов на соответствующих направлениях носит ограниченный характер и, как правило, определяется пропускной способностью схем путевого развития.

Разработана методика, позволяющая с учетом стохастического характера горно-транспортного процесса, структуры грузопотоков и их динамики определять рациональный коэффициент резерва пропускной способности для любого элемента схемы. Методика состоит в последовательном расчете показателей неравномерности потоков составов, распределении интервалов движения поездов, вычислении средней длины очереди поездов перед элементами путевой схемы, коэффициента недоиспользования путевого развития и последующем определении рационального коэффициента резерва пропускной способности на основе минимизации суммы ущерба от недоиспользования возможностей железнодорожных коммуникаций и простоев поездов.

В соответствии с приведенной методикой проведены расчеты по определению коэффициентов резерва пропускной способности схемы путевого развития Джетыгаринского карьера для варианта с транспортированием руды а-к-ж. д. транспортом. В качестве исходной информации использовались полученные на основе обработки данных хронометража распределения продолжительности обслуживания отдельных каналов, а также интервалов движения поездов. Значения рациональных (К_опт) и фактических при реализации проектных объемов перевозок (К_ф) коэффициентов резерва для основных раздельных пунктов приведены в таблице 2.

Таблица. 2. Значения коэффициентов резерва пропускной способности основных раздельных пунктов Джетыгаринского карьера

Название раздельного пункта Показатель неравномерности Копт Кф ст. Предотвальная 0,71 1,38 1,66 ст. гор.230 м 0,66 1,35 1,69 ст. гор.170 м 0,57 1,33 1,57 ст. гор.110 м 0,49 1,26 1,58 ст. Северная 0,63 1,34 1,64

Как следует из таблицы, наиболее загруженными являются ст. Предотвальная, гор. 230 м и гор. 170 м. При этом объемы грузопотоков по ст. Предотвальная могут быть увеличены на 9–10%, по ст. гор. 230 м – на 10–11%. Ст. гор. 170 м резерва по увеличению объема грузопотока практически не имеет. В соответствии с годовыми проектными объемами перевозок через ст. Предотвальная проходит 55 млн т вскрыши, через ст. гор. 230 м – 15 млн т руды и около 10 млн т вскрыши в направлении ст. Северная, около 20 млн т вскрыши в направлении ст. Предотвальная.

Поскольку при изменении интенсивности отгрузки горной массы со склада совокупные объемы перевозок через ст. гор. 170 м остаются прежними, основными ограничивающими станциями являются Предотвальная и гор. 230 м. По ст. гор. 230 м допускается временное увеличение объемов перевозок руды на величину, соответствующую 6 млн т в год при одновременном уменьшении объемов перевозок вскрыши в направлении ст. Северная на величину, соответствующую 1,5–2 млн т в год. Интенсивность отгрузки со склада КП может быть увеличена на 37–40%. При пониженной интенсивности отгрузки соответственно возрастают объемы перевозок вскрыши по ст. Предотвальная и гор. 230 м. Лимитирующей является ст. Предотвальная, объемы перевозок через которую возрастают на величину, соответствующую 4 млн т в год. Объемы перевозок вскрыши через ст. гор. 230 м – на величину, соответствующую 1 млн т в год. Интенсивность отгрузки со склада уменьшается соответственно на 30–33%.

Имитационно-статистическая модель оперативно-диспетчерского управления режимами отгрузки в зависимости от запаса горной массы на складе КП реализована при следующих условиях: вместимость склада – 40 тыс. т; склад оборудован реклаймером, который может обеспечить производительность погрузки до 6 тыс. т в час. Кроме того, учитывается, что в периоды отсутствия горной массы на складе все локомотивосоставы используются на перевозке вскрыши, что ведет к увеличению потерь в перевозках из-за простоев поездов перед элементами схемы путевого развития. Соотношения между проектными и оптимальными коэффициентами резерва позволяют перераспределять грузопотоки в сторону увеличения на 20–25% при соответствующем уменьшении интервалов движения поездов.

В результате моделирования получены зависимости прироста производительности системы а-к-ж. д. транспорта от критических уровней запаса горной массы на складе КП (рис. 5). Рациональные значения критических уровней запаса, при которых обеспечивается наибольший прирост производительности системы, лежат в области: нижнего U₁=15–17 тыс. т., верхнего U₀=29–31 тыс. т.

Рис. 5. Зависимость прироста производительности системы а-к-ж.д. транспорта от уровней запаса горной массы на складе КП (Vc=40 тыс. т) в условиях Джетыгаринского карьера

Таким образом, даже для самых сложных систем ЦПТ разработано методическое обеспечение имитационного моделирования процессов их функционирования, позволяющее решать любые задачи по обоснованию технологических параметров таких систем.

Приведенные материалы наглядно свидетельствуют о том, что значительно меньшее (более, чем в 2 раза) значение фактических объемов перевозок скальной горной массы по сравнению с прогнозными обуславливается не столько указанными выше тремя основными причинами, сколько непоследовательностью при выполнении принятых ранее проектных решений, нерациональными решениями по вскрытию горизонтов размещения дробильно-перегрузочных пунктов, недостаточным использованием методической базы, наработанной научно-исследовательскими и проектными институтами.