5.2 Характеристика горных пород по трудности транспортирования

Экономическая эффективность и производительность средств карьерного транспорта зависят от соответствия их физико-техническим характеристикам перевозимых пород, вместимости транспортных сосудов и ее использования, скорости и расстояния перемещения. Широкий диапазон свойств пород по-разному влияет на трудность их транспортирования. Ряд свойств пород не остается неизменным в процессе транспортирования. Вместе с тем целесообразно выделить и сопоставить характеристики пород, оказывающие основное влияние на трудность их перемещения.

В качестве физико-технической основы сопоставления пород по сопротивлению перемещению (зависящему только от свойств пород) при выборе средств карьерного транспорта и для последующих технологических расчетов принимается относительный показатель трудности транспортирования породы П_T, устанавливаемый из следующих предпосылок:

• на выбор транспортных средств, степень использования их геометрической вместимости и износостойкость основополагающее влияние оказывают плотность, прочность и кусковатость перемещаемой породы;

• на трудность разгрузки породы, связанную с налипанием и примерзанием к рабочим поверхностям транспортных средств, решающее влияние оказывают содержание глинистых частиц и влажность породы;

• степень налипания и примерзания, а следовательно, выбор средств их предотвращения и очистки или снижение эффективной вместимости транспортных средств зависят от времени транспортирования породы и температуры воздуха.

При указанных предпосылках величина П_T может быть определена из эмпирического выражения

5.1

где γ — плотность породы в образце, кг/м³;        d_cp — средний размер кусков породы в транспортном сосуде, м;        А = 1+0,1 σ_сдв;        σ_сдв — сопротивление породы сдвигу (в образце), МПа;        W - влажность перевозимой породы (в долях единицы);        n - содержание в породе глинистых частиц (в долях единицы);        B = 1 + lg(T+1);        T - продолжительность транспортирования породы, ч;        С = 1 - 0,025t;        t - температура воздуха, °С (учитывается только при t < 0°С);        К₁, К₂, К₃ - эмпирические коэффициенты.

Все транспортируемые горные породы по величине П_T подразделяются на пять классов:

• I класс — весьма легко транспортируемые (П_T <= 2);

• II класс — легкотранспортируемые (2 < П_T <= 4);

• III класс — средней трудности транспортирования (4 < П_T <= 6);

• IV класс — труднотранспортируемые (6 < П_T <= 8);

• V класс — весьма трудно транспортируемые (8 < П_T <= 10).

Породы с П_T > 10 относятся к внекатегорным.

5.3 Технологическая оценка видов карьерного транспорта

Железнодорожный транспорт экономичен главным образом в карьерах средней и большой производственной мощности по горной массе (10..100 млн. т в год и более), глубиной до 400..500 м при расстояниях перемещения от карьера более 2..3 км для перемещения практически всех видов пород. Он применяется на крупнейших карьерах СНГ.

Достоинства железнодорожного транспорта:

• возможность использования любых видов энергии и типов локомотивов;

• небольшой расход энергии вследствие малого удельного сопротивления движению подвижного состава по рельсовым путям;

• возможность достижения большой производительности при любом расстоянии перевозок за счет пропуска по путям большого числа поездов и увеличения полезной массы поезда до 1500 т и более;

• возможность автоматизации движения транспортных средств и управления транспортными операциями;

• надежность работы в любых климатических и горно-геологических условиях;

• сравнительно небольшой штат поездных бригад, небольшие расходы на ремонт, содержание и амортизацию подвижного состава вследствие его прочности, надежность и значительный срок службы (до 20— 25 лет);

• низкие затраты на 1 т-км перевозки (меньше чем при автомобильном и конвейерном транспорте в 4—6 раз).

Недостатки железнодорожного транспорта:

• предъявляются наибольшие требования к плану и профилю пути;

• необходима большая протяженность фронта работ на уступах (не менее 400..500 м);

• требуются кривые большого радиуса (не менее 120..150 м для широкой колеи);

• небольшие подъемы и уклоны путей (до 25..30, реже 40.. 55 ‰), из-за чего резко возрастают длина и объемы наклонных траншей, общий объем горных работ и срок строительства карьера;

• велики капитальные затраты на транспорт;

• усложняtтся доступ к забоям, организация движения;

• снижается маневренность транспортных средств, трудоемки процессы перемещения и содержания путей;

• усложняется технология и механизация отвальных работ.

Автомобильный транспорт применяют главным образом, на карьерах малой и средней производственной мощности с грузооборотом до 25 млн. т в год, а на более крупных — в основном вместе с другими видами транспорта. При использовании автомобилей большой грузоподъемности (75..180 т) применение автотранспорта эффективно при грузообороте карьера 35..70 млн. т в год, иногда более.

Достоинства автотранспорта:

• автономность энергоисточника;

• гибкость, маневренность и взаимная независимость работы автосамосвалов, что упрощает схемы движения;

• невысокая требовательность к плану и профилю автомобильных дорог (допускаются радиусы 20..25 м, подъем и уклоны до 80..100 ‰), что сокращает расстояния перевозок в 2..3 раза по сравнению с железнодорожным транспортом;

• меньшие объемы наклонных траншей и горно-строительных работ (до 40..50%), а следовательно, меньшие сроки и затраты (на 20..25 %) на строительство карьеров;

• отсутствие рельсовых путей и контактной сети упрощает организацию работ. Максимальная производительность экскаваторов может быть на 20—25 % больше их производительности при железнодорожном транспорте;

• затраты на отвальные работы существенно уменьшаются;

• повышается концентрация работ, увеличивается темп углубления горных работ;

• эффективен при строительстве карьеров любой производственной мощности, при разработке залежей сложных форм, малых размерах карьерных полей, сложной топографии поверхности;

• успешно применяется при раздельной выемке сложноструктурных залежей;

• может использоваться как вспомогательный и дополнительный к другим видам транспорта, особенно на горно-подготовительных работах.

Основные недостатки автотранспорта:

• экономическая эффективность только при небольших расстояниях перевозок (до 2— 5 км);

• высокая интенсивность движения (до 10—12 тыс. рейсов в сутки по главным автодорогам);

• большой парк машин и штат водителей;

• сравнительно высокие расходы на топливо и смазочные материалы;

• быстрый износ механических частей и двигателей при несовершенном покрытии дорог и крутых подъемах;

• высокая стоимость большегрузных автомашин, а также большие расходы на их ремонт и содержание (соответственно до 20—25 и 30—35 % от затрат на перевозки);

• жесткая зависимость от климатических условий и состояния автодорог;

• снижение производительности в период снегопадов, распутицы, дождей, туманов и гололеда;

• загазованность атмосферы карьеров при большой интенсивности перевозок.

Созданы автопоезда и автомобильные полуприцепы грузоподъемностью 45..180 т. Такие средства целесообразно применять в неглубоких карьерах большой производственной мощности для транспортирования полезного ископаемого к стационарным приемным пунктам при расстоянии доставки от 2 до 7 км в зависимости от мощности машин.

Дизель-троллейвозы (грузоподъемностью 60..65 т и более) целесообразно применять в карьерах с грузооборотом 10..20 млн. т в год и более при значительных размерах их в плане и глубине 100 м и более, при расстояниях перевозок до 4 км. Основное преимущество дизель-троллейвозного транспорта — возможность преодоления больших подъемов (до 100..120 ‰).

Конвейерный транспорт применяется преимущественно для перемещения мягких вскрышных пород, угля, на песчано-гравийных карьерах, карьерах огнеупорных глин и др. Практически конвейерами можно перемещать все породы в мелкораздробленном состоянии.

Наиболее эффективен конвейерный транспорт при грузообороте 20..30 млн. т в год и более на карьерах с мощной толщей покрывающих мягких пород, а при выемке взорванных пород — на карьерах глубиной более 150 м при расстоянии перемещения горной массы до 2,5..3 км (на пересеченной местности — до 10..20 км и более).

Достоинства конвейерного транспорта:

• непрерывность и ритмичность перемещения грузов;

• возможность повышения производительности выемочно-погрузочного (на 25—30 % по сравнению с железнодорожным транспортом) и отвального оборудования;

• упрощение общей организации и снижение трудоемкости работ за счет выполнения одним агрегатом функций пути и подвижного состава;

• значительное уменьшение объемов транспортных и горно-капитальных работ, а также сокращение общей протяженности транспортных коммуникаций за счет подъема груза конвейерами под углом до 18—20° (при использовании специальных конвейеров — под углом до 30—60°);

• высокие скорости подвигания забоев;

• небольшой штат обслуживающего персонала;

• улучшение условий и повышение безопасности труда;

• сравнительно небольшой и равномерный расход электроэнергии;

• благоприятные условия для автоматизации и централизованного управления;

• высокая производительность конвейерных установок;

• возможность использования при пересеченном рельефе местности;

• простота устройства, перемещения и ремонта конвейеров.

Область применения конвейерного транспорта ограничивается его недостатками:

• из-за интенсивного налипания на ленту велики простои при перемещении влажных и тиксотропных пород (глины, мела и др.);

• при доставке абразивных взорванных пород дорогостоящая лента быстро изнашивается (за 1..1,5 года); размер кусков не должен превышать 25—35% ширины ленты (соответственно 150..200 и 300..400 мм для узких и широких лент);

• перегрузки с одного конвейера на другой ведут к увеличению износа ленты и вызывают необходимость установки большого числа приводов;

• большое влияние на работу конвейеров оказывают климатические условия, отрицательно воздействуют низкие температуры;

• при конвейерном транспорте затруднительна раздельная выемка в забоях; требование прямолинейности ставов забойных конвейеров не позволяет применять их при разработке залежей сложной конфигурации;

• необходимы непрерывность и безударность погрузки.

На карьерах применяют:

• стационарные, передвижные и самоходные наземные ленточные конвейеры;

• транспортно-отвальные комплексы с ленточными конвейерами (консольные отвалообразователи, транспортно-отвальные мосты и т. п.);

• конвейерные перегружатели;

• конвейеры на выемочно-погрузочных и специальных машинах.

При комбинированном транспорте последовательно используют для перемещения одного и того же груза (в одном грузопотоке) различные виды транспорта:

• автомобильный и железнодорожный (конвейерный, скиповой);

• автомобильный, гравитационный и железнодорожный;

• конвейерный и гидравлический;

• автомобильный и канатные подвесные дороги и т. д.

Таким образом, в карьерах отдельные виды транспорта могут использоваться самостоятельно, в комбинации друг с другом и совместно (параллельно) применительно как к раздельным грузопотокам, так и к одному грузопотоку полезного ископаемого или вскрышных пород.

В глубоких карьерах, разрабатывающих скальные породы, чаще всего рационально использовать в качестве сборочного звена автосамосвалы, а для подъема горной массы из карьера — железнодорожный транспорт, конвейерные или скиповые подъемники.

Комбинация автомобильного и железнодорожного транспорта с внутрикарьерной перегрузкой горной массы эффективна на нижних уступах высотой до 60 м на карьерах большой производственной мощности, где на верхних горизонтах используется железнодорожный транспорт. Расстояние перевозок автосамосвалами при этом обычно не превышает 1—2 км.

Сочетание автотранспорта со скиповым подъемом целесообразно в карьерах глубиной более 150 м с ограниченными размерами в плане при разработке крутых залежей в устойчивых вмещающих породах. Расстояние автомобильной откатки при этом сокращается до 0,8..1,5 км.

При перемещении взорванных пород средствами комбинированного автомобильного и конвейерного транспорта расстояние автомобильной доставки составляет до 1,5..2,5 км.