3.3. Перегрузочные работы при комбинированном автомобильно- железнодорожном транспорте

При разработке крутопадающих месторождений карьеры характеризуются интенсивным понижением горных работ, уменьшением площади рабочей зоны, большим количеством (30 и более) одновременно разрабатываемых уступов, сложностью организации вскрытия и отработки глубинной части месторожде­ния. В этой связи на глубоких карьерах для перевозки горной массы широко применяется два вида транспорта: автомобильный и железнодорожный. Практи­ка показывает, что наиболее высокие технико-экономические показатели прису­щи электрифицированному железнодорожному транспорту с применением тяго­вых агрегатов. Однако небольшие преодолеваемые подъемы, значительные ра­диусы кривых, сложность обмена составов не позволяют самостоятельно ис­пользовать железнодорожный транспорт на глубине более 300 - 350 м [25].

Автосамосвалы обладают высокой мобильностью, не требуют устройства в карьере капитальных дорог, способны преодолевать значительные подъемы и работать в стесненных условиях. Грузоподъемность их относительно невелика, а стоимость перевозки горной массы в 8 - 10 раз больше по сравнению с желез­нодорожным транспортом. Вследствие этого область их применения ограниче­на глубиной 120 - 150 м. Поэтому при разработке глубоких горизонтов для пе­ревозки горной массы, как правило, применяют комбинированный вид транс­порта. Различное сочетание его составных звеньев объясняется стремлением максимально использовать достоинства как железнодорожного, так и автомо­бильного транспорта, устранив по возможности их недостатки. Эффективность применения той или иной схемы карьерного транспорта зависит от уровня тех­нико-экономических показателей как непосредственно при перевозке горной массы, так и в смежных погрузочно-разгрузочных операциях. Большое значе­ние при этом имеет организация перегрузочных работ при совместной эксплуа­тации автосамосвалов и локомотивосоставов.

В настоящее время на глубоких карьерах применяют в основном пере­грузочные пункты (ПП), оборудованные одноковшовыми экскаваторами и по­грузчиками. Горная масса на таких пунктах размещается в аккумулирующих складах. Вместимость склада колеблется от 20 до 300 тыс. м\ Они имеют дли­ну 100 - 300 м, ширину 25 - 80 м и высоту до 12 м. При перегрузке горной мас­сы из автосамосвалов в железнодорожные вагоны вдоль нижней площадки склада настилается железнодорожный путь. Автосамосвалы разгружаются на верхней площадке. Различают экскаваторные перегрузочные пункты с разме­щением склада горной массы на откосе уступа, на горизонтальной его площад­ке и в выемке площадки уступа. В первом случае используется временно нера­бочий уступ карьера (рис. 1.46), сложенный из устойчивых скальных пород, вдоль которого формируется насыпной склад из перегружаемых пород. При

этом верхняя площадка уступа служит в качестве маневрово-разгрузочной для автомобильного транспорта.

Рис. 1.46. Схема экскаваторного перегрузочного пункта на откосе уступа в карьере: 1 - перегрузочный экскаватор; 2 - автосамосвал; 3 - бульдозер

Весь ПП по ширине разбит на три зоны: разгрузки автосамосвалов, гра­ничную (зона раздела) и работы экскаватора. Зона раздела достигает 10 м, а длина остальных зон составляет 40 - 150 м. Такие перегрузочные пункты име­ют только односторонний фронт разгрузки. К их основным достоинствам отно­сятся незначительные сроки строительства и узкие площадки, занимаемые в ка­рьере под склады. Поэтому, как правило, их применяют при небольшой про­должительности службы на одном месте (мигрирующие склады). Объем скла­дируемой горной массы определяется длиной склада и шириной одной экскава­торной заходки.

При устройстве склада горной массы на горизонтальной площадке ее размеры должны обеспечивать маневрово-разгрузочные операции для автоса­мосвалов на отсыпанном штабеле склада. Маневрово-разгрузочная площадка по всему периметру имеет предохранительный вал породы высотой до 2 м. На ПП такого типа могут устанавливаться один (односторонний фронт разгрузки) или несколько (двусторонний фронт) экскаваторов. Ширина склада по верхней площадке принимается не менее 35 - 50 м, а по нижней может достигать 65 - 80 м (рис. 1.47).

Рис. 1.47. Экскаваторный перегрузочный пункт на карьере №1 НКГОКа (1980 г.)

Когда склад породы размещается в выемке уступа, устройство ПП анало­гично рассмотренному выше. Экскаватор также устанавливается в выемке и пе­ремещается вдоль склада. Длина выемки соответствует длине склада, ширина его 10 - 15 м, глубина 2,5 -4 м. Железнодорожный путь настилается на пло­щадке уступа вдоль выемки. Автосамосвалы разворачиваются на маневрово- разгрузочпой площадке, которая устраивается на верхней площадке штабеля склада, и разгружаются в выемку. В работе находится только та часть склада, которая ограничивается шириной выемки. Склады с размещением перегружае­мой горной массы на горизонтальной площадке и в выемке применяются, как правило, на верхних горизонтах и поверхности карьера, а также на площадках у горловин выездных траншей. Высота склада по Правилам безопасности не должна превышать максимальную высоту черпания экскаватора.

За рубежом вместо одноковшовых экскаваторов склады ПП оснащены колесными погрузчиками с вместимостью ковша 5 - 12 м³. По устройству такие ПП аналогичны описываемым, а размеры складов определяются рабочими па­раметрами погрузчиков.

Основными недостатками экскаваторных ГІП являются большие капи­тальные затраты, обусловленные применением дорогостоящего погрузочного оборудования и бульдозеров для складирования горной массы; высокая себе­стоимость перегрузки; большая длительность погрузки локомотивосостава (45 - 50 мин), определяемая производительностью применяемых экскаваторов и погрузчиков; значительные площади, занимаемые в карьере; простои ПП вследствие переезда экскаваторов и зачистки железнодорожных путей.

Внедрение мощных карьерных экскаваторов с вместимостью ковша 20 м³ и более исключает возможность непосредственной погрузки думпкаров совре­менной конструкции из-за низкой погонной вместимости. Для их совместной работы требуется устройство специальных направляющих платформ и перегру­зочных пунктов с аккумулирующими бункерами.

По классификационным признакам перегрузочные пункты подразделяют на стационарные, полустационарные и передвижные (рис. 1.48). Стационарные обычно расположены на дневной поверхности или на верхних отработанных горизонтах и находятся в эксплуатации в течение всего периода работы карье­ра. Сооружают их из монолитного или сборного железобетона, реже - из ме­таллических конструкций. Вследствие интенсивного увеличения длины откатки автосамосвалами стационарные ПП чаще всего применяют при погрузке желез­нодорожных составов транспортными системами, содержащими конвейерные или скиповые подъемники.

Полустационарные ПП предназначены для приема горной массы, достав­ляемой непосредственно автотранспортом. Устраивают их чаще всего на ниж­нем из горизонтов, обслуживаемых железнодорожным транспортом, в пределах нерабочего или временно нерабочего борта карьера. По истечении 4-6 лет они, как правило, перемещаются вместе с наращиванием железнодорожных коммуникаций на более глубокие горизонты. При этом стараются располагать перегрузочные пункты по глубине карьера с шагом 45 - 60 м и рассредоточи­вать по периметру рабочей зоны таким образом, чтобы расстояние перевозки автотранспортом не превышало 1,2 - 1,5 км. І1П пункты предназначены для совместной работы мощных экскаваторов и железнодорожного транспорта непосредственно на рабочих горизонтах.

Наряду с перегрузкой горной массы из одного вида транспорта в другой одноковшовыми экскаваторами в отечественной практике имеется также опыт использования драглайнов, непосредственной разгрузки в вагоны автосамосва­лов грузоподъемностью 5, 10, 27 и 40 т через направляющее устройство или до­затор с применением ленточных конвейеров, пластинчатых и вибрационных питателей, а также самотечного выпуска (гравитационной погрузки). Загрузка вагонов ленточными конвейерами и питателями производится на медленном ходу поезда, экскаваторами - с протяжкой вагонов. Одновременно грузится обычно один вагон. За рубежом эксплуатируются ПП с загрузкой вибропитате­лями пяти и более вагонов одновременно. В общем случае сменную производи­тельность перегрузочного пункта определяют по формуле

где Т_с, t„ - соответственно продолжительность смены и регламентированных перерывов в работе, ч; т„ - грузоподъемность вагона, т; п,,₀ - число одновре­менно загружаемых вагонов (думпкаров); л₍₎ - количество вагонов в поезде; п„ - количество одновременно работающих погрузочных машин; Э,, - техническая производительность погрузочной машины, т/ч; t„„, t„ - продолжительность об­мена соответственно вагонов и составов при погрузке, ч.

Лучшие условия эксплуатации, групповое применение питателей, теку­щая подача составов под погрузку позволяют значительно повысить произво­дительность перегрузочных пунктов по сравнению с оснащением их карьерны­ми экскаваторами.

Продолжительность погрузки составов имеет прямолинейный характер и резко снижается с ростом производительности перегрузочного оборудования и количества вагонов в составе. С увеличением грузоподъемности состава произ­водительность перегрузочного пункта возрастает (рис. 1.49).

Рис. 1.49. Зависимость изменения продолжительности погрузки состава t„ (а) и производи­тельности перегрузочного пункта Э„ (б) от количества прицепных думпкаров 2ВС-105 (N„,_c): 1,2,3 - загрузка одного думпкара одновременно одним, двумя и тремя вибропитателями ВПР-ЗК (ВГІР-4); 4 - загрузка четырех думпкаров одновременно тремя вибропитателями каждый; 5 - погрузка экскаватора ЭКГ-8И

Как видно из 1.49, производительность ГІП в основном зависит от количе­ства погрузочных машин, их производительности, количества думпкаров в по­езде, схемы подачи и обмена составов. Карьерные экскаваторы имеют более высокую производительность по сравнению со вскрышными и драглайнами, чем и объясняется их широкое применение. Производительность конвейеров, вибрационных и пластинчатых питателей зависит от ширины полотна и скорости его движения. Так, техническая производительность конвейеров с шириной лен­ты 1200 - 2000 мм изменяется от 1000 до 6000 т/ч. Для вибропитателей ВПР-4 и ВПР-ЗК она составляет 1500 - 2000 т/ч, пластинчатых питателей с шириной по­лотна 1500 - 1800 мм - 2000 т/ч.

С целью сокращения длительности простоев поездов иногда производит­ся их погрузка двумя экскаваторами. Устройство же перегрузочных пунктов с одновременной загрузкой 1-5 вагонов и более группой питателей способству­ет уменьшению длительности простоя составов под погрузкой до 8 - 15 мин. Для обеспечения нормальной работы ПП интенсивность поступления на него горной массы должна соответствовать производительности перегрузочного оборудования.

Перегрузочные склады занимают площадь не менее 50x250 м, что суще­ственно увеличивает объем работ по разносу борта карьера. Высота склада 10 - 12 м не обеспечивает достаточной безопасности для разгружающихся на верх­ней площадке автосамосвалов. Затраты на перегрузку 1 т горной массы сопо­ставимы с погрузкой ее в забоях. В то же время пункты, оснащенные высоко­производительными перегрузочными устройствами, позволяют существенно увеличить скорость погрузки поездов, высвободить экскаваторы для использо­вания их по своему непосредственному назначению в карьерах и на отвалах, повысить производительность обслуживающего персонала, снизить расход электроэнергии и материалов. Бсзэкскаваторные перегрузочные пункты распо­лагают на небольших площадках, что снижает объемы горностроительных ра­бот по разносу бортов карьера.

Для улучшения ритма работы горного предприятия, сглаживания нерав­номерности добычи и транспортирования горной массы на многих зарубежных карьерах устанавливают бункеры различной конструкции и вместимости. В настоящее время они получили широкое применение, как на открытых, так и на подземных горных работах. Так, на железорудных карьерах США и Канады наибольшее распространение получила бункерная перегрузка, позволившая практически полностью автоматизировать одну из наиболее трудоемких опера­ций. На перегрузочные пункты горная масса доставляется в основном авто­транспортом, иногда его дополняет наклонный конвейер незначительной про­тяженности для перемещения горной массы под уклон по склону возвышенно­сти (карьер "Эвелет") или для преодоления подъема по кратчайшему расстоя­нию (карьер "Резерв"). Это позволяет снизить эксплуатационные расходы на автотранспорт, особенно расходы на шины. Автосамосвалы работают на срав­нительно небольшом плече откатки - 1,5-2 км, за исключением глубоких ка­рьеров, где среднее расстояние составляет 3 км ("Резерв", "Кэрол Лейк") [6].

Помимо указанных карьеров бункерную погрузку используют на урано­вом карьере "Пакуаке" (США) и железорудном карьере "Роуп Ривер" (Австра­лия). На первом руда загружается в 50-тонныс автосамосвалы ковшовым по­грузчиком и доставляется к приемным бункерам на расстояние 1,5 км, затем по железной дороге транспортируется на обогатительную фабрику в Блувокер. На втором - 100-тонные автосамосвалы транспортируют руду в среднем на рассто­яние 2,2 км к бункеру вместимостью 300 т, расположенном на уровне автодоро­ги. Руда пластинчатым конвейером загружается в 100-тонные думпкары и пе­ревозится на расстояние 168 км в порт Кейп Ламберт, где находится дробильно- сортировочная и агломерационная фабрики. В составе 105 вагонов грузоподъ­емностью по 100 т. Каждый поезд следует с двумя тепловозами Алко М636. Максимальный подъем в грузовом направлении 5%о, в порожнем — 13%о.

На железорудных карьерах Западной Австралии широко применяется гравитационный метод загрузки железнодорожных составов, подаваемых в тоннель, над которым находятся складские штабеля руды определенной сорт­ности. В потолке тоннеля длиной до 189 м (карьер "Маунт Уэлбск") устраивают автоматические погрузочные желоба гравитационного типа, подающие руду непосредственно в вагоны. Такая система применяется на крупных карьерах "Маунт Том Прайс" и "Маунт Уэлбек". На карьере "Маунт Том Прайс" состав из 150 вагонов грузоподъемностью 101,6 т загружается за 75 мин. Его полезная масса около 14 480 т. На карьере "Маунт Уэлбек" погрузочная система способ­на загружать железнодорожный состав с производительностью до 13700 т/ч. На карьере "Голдсворси" в подштабельном тоннеле установлен конвейер. Через люк в потолке тоннеля руда с помощью вибропитателей подается на ленту кон­вейера, разгрузочный конец которого расположен над бункером. Из бункера руда поступает в железнодорожные вагоны.

На карьерах горно-обогатительного комбината "Эри Майнинг" перегруз­ка железной руды из автосамосвалов в железнодорожный транспорт произво­дится с помощью воронок. В уступе высотой 10- 15 м оборудуется выемка вместимостью 400-600 т. Со стороны выработанного пространства она ограж­дается шпунтовой стенкой из металлических свай. С одной стороны воронка загружается автосамосвалами, с другой - руда сталкивается вниз бульдозером. Выгрузка руды из воронки производится вибропитателем. Для управления ра­ботой перегрузочного устройства применяются радиоуправляющее устройство.

Таблица 1.9 Параметры упорного вала при разгрузке автосамосвалов Наименование	Показатель
Грузоподъемность автосамосвала, т	120	130	180	200
Полная масса груженого автосамосвала, т	210	235	343	355
База автосамосвала, м	5,3	5,3	6,65	6,1
Тип шины, ГОСТ	33.00R-51		40.00R-57
Наружный диаметр шины, мм	3022	3022	3575	3575
Ширина профиля шины, мм	900	900	1140	1140
Ширина автосамосвала по задним колесам, м	6,14	6,47	7,78	7,78
Высота задней кромки кузова при разгрузке над го­	1,08	1,2	1,6	1,5
ризонтальной площадкой, м
Расстояние от оси заднего колеса до задней кромки кузова при разгрузке, м	2,5	2,85	3,4	3,49
Минимальные размеры предохранительного вала в
зоне разгрузки автосамосвала, м:
- высота	1,0	1,0	1,0	1,0
- ширина основания	2,5	2,5	2,5	2,5
2 - площадь основания, м	16,2	25,5	27,8	27,8

На карьерах стран СНГ в большинстве случаев перегрузка производится на перегрузочных пунктах, оборудованных на скальных уступах высотой 12-15 м. Для предотвращения падения автосамосвалов под откос при разгрузке на верхней площадке уступов сооружаются железобетонные ограждения или из перегружаемой породы отсыпается предохранительный вал, который по Пра­вилам безопасности должен располагаться за пределами угла естественного от­коса горных пород в массиве и иметь высоту не менее одного метра [табл.1.9]. Рекомендации по интенсивности движения автосамосвалов при разгрузке не оговариваются. Поступление на предприятия мощных автосамосвалов требует более четкого нормирования условий их безопасного движения. Ограждения из железобетона требуют длительного времени для возведения, капиталлоемкие и не могут перемещаться при изменении контуров ПП. Очистка просыпей под

упорами производится специальной техникой. Предохранительные валы со­здаются из перегружаемой породы, очищаются, перемещаются и наращиваются в процессе эксплуатации бульдозерами. При разгрузке автосамосвал движется задним ходом и упирается задними колесами в откос предохранительного вала (рис. 1.50). Вертикальная G (Н) и равнодействующая г (Н) силы от массы авто­самосвала действуют вниз и воспринимаются массивом уступа без разрушения. Сила инерции движущегося автосамосвала F_u (Н) по величине значительно меньше и уравновешивается реакцией сдвига по площади среза предохрани­тельного вала под задними колесами. При этом F_u = a G, где а - замедление движения автосамосвала при наезде на предохранительный вал, м/с².

где V_K и V - конечная и начальная скорости движения автосамосвала к месту разгрузки м/с; t- время замедления, с.

Реакция сдвига предохранительного вала R (Н) равна

Из уравнения скорости замедленного движения

где С_с - сцепление породы предохранительного вала, Па. По [22 J для скальных разрыхленных пород железорудных карьеров, отсыпаемых на твердое основа­ние, С_с = 0,5-10⁴ Па; 5 - площадь основания предохранительного вала в зоне контакта с задними колесами автосамосвала, м²

и, в - наружная и внутренняя ширина колеи автосамосвала, м; с - внешняя ши­рина сечения призмы предохранительного вала от воздействия задних колес, м; h„ - высота предохранительного вала, м; <р - угол внутреннего трения насыпных пород в предохранительном валу, град.

Отношение /7, = — доказывает величину запаса устойчивости предохра-

F_u

нительного вала от среза. Считается, что безопасность работы автосамосвала при разгрузке будет обеспечена при п₃> 5. Из рис. 1.51 следует, что безопас­ность автосамосвалов грузоподъемностью 120 - 200 т при высоте предохрани­тельного вала h„- 1м достигается при начальной скорости движения V= 5-6 км/ч и торможении за 20 с. Увеличение продолжительности торможения до 25 с позволяет двигаться автосамосвалам к месту разгрузки со скоростью 7-10 км/ч. Для автосамосвалов грузоподъемностью 120 т эти значения являются предельными.

Для более мощных машин имеется возможность отсыпать предохрани­тельные валы высотой 1,5 - 1,8 м. Породы в них с течением времени уплотня­ются задними колесами, вследствие чего значение С_с возрастает. В этой связи скорость движения автосамосвалов к месту разгрузки может быть увеличена до 12 км/ч, а время торможения снижено до 15 с.