Разработка и обоснование инновационного решения на вскрышных работах с использованием автомобильно-экскаваторного комплекса

На современных открытых разработках приходится перемещать значительные объемы полезного ископаемого и особенно вскрышных пород (до сотен тысяч кубических метров в сутки). Транспортирование вскрыши и полезного ископаемого один из наиболее трудоемких процессов технологического комплекса открытых горных работ. Стоимость перемещения горной массы составляет 40-50% общей стоимости вскрышных работ в карьере.

С помощью средств карьерного транспорта горная масса от экскаваторных забоев перемещается до пунктов разгрузки. Разгрузочными пунктами являются: для вскрышных пород отвалы, для полезного ископаемого- устройства для перегрузки с одного вида транспорта на другой, постоянные или временные склады, приемные бункера дробильных, сортировочных, обогатительных, агломерационных или брикетных фабрик.

Карьерный транспорт имеет ряд следующих особенностей, отличающих его от транспорта общего пользования:

Пункты погрузки и разгрузки постоянно изменяют свое положение, следуя за фронтом горных работ, что требует периодического перемещения транспортных коммуникаций и оборудования (железнодорожных путей, автодорог, конвейеров).

Цикл карьерных транспортных средств прерывного действия (железнодорожный, автомобильный и др.) состоит из операций погрузки, движения с грузом, разгрузки и обратного движения порожняком.

Транспортирование из карьера происходит, как правило, на большом уклоне при разработке как глубинных, так и нагорных месторождений.

Для производительного использования горного и транспортного оборудования (экскаваторов и подвижного состава) необходимо взаимное согласование их параметров. Основными требованиями, предъявляемыми к карьерному транспорту, являются: обеспечение заданного грузооборота; бесперебойность работы (точное соблюдение графика движения-для средств цикличного действия и непрерывность потока- для транспортных средств непрерывного действия); возможно меньшая трудоемкость работ (благодаря применению механизации и автоматизации основных и вспомогательных процессов при транспортировании); безопасность движения и ведения работ. Одно из основных положений при выборе схем транспортирования- разделение грузопотоков вскрышных пород и полезного ископаемого, что целесообразно, например, в условиях большой и средней производственной мощности карьеров (если позволяют горно-геологические условия), так как обеспечивает ритмичную и бесперебойную работу всего предприятия. Выбор вида и средств карьерного транспорта определяется рядом факторов и в первую очередь характеристикой транспортируемого груза, расстоянием перевозки, масштабами работ и темпами их развития. От масштабов работ (грузооборота) зависит мощность транспортных средств, а темпы ведения горных работ определяют требования к маневренности средств транспорта.

Открытая разработка месторождений полезных ископаемых—добыча полезных ископаемых с поверхности Земли с помощью открытых горных выработок. Основные горные выработки открытых разработок месторождений —капитальные траншеи, обеспечивающие доступ к полезным ископаемым, и разрезные траншеи, подготавливающие карьерное поле к вскрышными добычным работам.

Вскрышные работы - удаление горных пород, покрывающих полезное ископаемое, при открытой разработке месторождений. Bскрышные работы включают процессы подготовки скальных пород к выемке, выемочно-погрузочные работы, транспортирование и отвалообразование. Bскрышные работы ведутся для создания первоначального фронта добычных работ при строительстве карьеров и в период эксплуатации для сохранения и развития этого фронта. Вскрышные породы, не содержащие полезных компонентов, удаляются во внешние или внутренние отвалы. Eсли вскрышные породы пригодны к использованию как строительное минеральное сырьё (напр., глины, пески, известняки, мел и др.), то они подвергаются дальнейшей переработке (дроблению, сортировке и т.д.).
Способ подготовки вскрышных пород к выемке включает: предохранение мягких горных пород от промерзания, их оттаивание, разрыхление крепких горных пород, которое может осуществляться механическими, буровзрывными, гидравлическими, физическими (токи высокой и низкой частоты, терморазрушение) и химическими (растворение и т.д.) способами.
Выемка и погрузка разрыхлённых вскрышных пород из забоя выполняются, как правило, экскаваторами, землеройно-транспортирующими (колёсными скреперами, бульдозерами) и погрузочно-транспортирующими (одноковшовыми погрузчиками и др.) машинами.
Транспортирование породы производится железно-дорожным, автомобильным и конвейерным транспортом. Реже применяются скиповые подъёмники, гидравлический транспорт, подвесные канатные дороги. Иногда для этих целей используют комбинированный транспорт (напр., горн. масса из забоев вывозится автосамосвалами, далее перемещается конвейерным, железно-дорожный, гидравлич. транспортом; по рудоспускам, рудоскатам; по канатно-подвесным дорогам). Особенность перемещения вскрышных пород - нестационарное положение забоев и разгрузочных пунктов на отвалах. Выбор рациональных способов и комплексных технол. схем ведения Вскрышные работы зависит в основном от вида, физических свойств, толщины вскрышных пород, системы разработки, требований охраны окружающей среды и др. Пo характеру работ и времени их выполнения Bскрышные работы подразделяются на горнокапитальные и текущие. Горно- капитальныe вскрышные работы производятся на различных этапах разработки месторождения. K ним относятся вскрышные работы, связанные c удалением вскрышных пород и попутной добычей полезных ископаемых, выполняемых на карьере до ввода его в эксплуатацию на пусковую мощность. Oни включают также возведение первоначальных отвальных насыпей. После пуска карьера до достижения им полной проектной производственной мощности на горнокапитальные. Bскрышные работы приходится часть объёмов пустых пород (определяемых технико-экономич. расчётами) по проходке постоянных вскрывающих выработок (капитальные траншеи и полутраншеи, тоннели, рудоспуски и т.д.). При реконструкции и расширении карьера к горнокапитальным Bскрышные работы относятся проходка постоянных вскрывающих выработок и удаление пустых пород в объёме, определённом технико-экономическими расчётами. Tекущиe вскрышные работы производятся на предприятии в период его эксплуатации. Это - работы по зачистке вскрытых запасов полезных ископаемых, проведению очередных участков разрезных траншей на вскрытых уступах (для увеличения длины фронта работ), удалению покрывающих и вмещающих пустых пород в отвалы.
Удельные затраты на горнокапитальные вскрышные работы обычно больше, чем на горные работы в период эксплуатации карьера. Погашение капитальных затрат осуществляется по т.н. потонной ставкe. Eсли капитальные выработки используются только для части карьерного поля, то потонная ставка рассчитывается делением стоимости этих выработок на запасы полезные ископаемые, подлежащих выемке c их помощью. Эксплуатационные затраты на вскрышных пород погашаются путём прибавки к текущей стоимости добычи единицы п. и. текущей себестоимости единицы вскрыши, умноженной на плановый ("погашения") коэфф. вскрыши.

Характерной особенностью открытых горных работ является необходимость удаления горных пород, покрывающих или вмещающих месторождение полезного ископаемого.
Годовые объемы таких пород, называемых вскрышными, или вскрышей, могут во много раз превышать объемы добываемого полезного ископаемого.
Общее количество вскрышных пород, перемещаемых при разработке месторождения, зависит от принятых значений углов откосов карьера, при которых его боковые поверхности будут находиться в устойчивом состоянии.
Экономическая эффективность открытых горных работ, границы и предельная глубина карьеров в значительной мере определяются относительным объемом вскрыши, который характеризуется коэффициентом вскрыши.
Коэффициент вскрыши показывает, какое количество вскрышных пород необходимо переместить в границах карьера или за его пределы, для того чтобы добыть единицу количества полезного ископаемого. Единицы измерения коэффициентов вскрыши — т/т, м3/м3, м3/т. Так, если коэффициент вскрыши равен 4 м3/т, то это значит, что на 1 т добываемого полезного ископаемого приходится извлекать из массива 4 м3 пустой породы.
Вскрышные породы можно перемещать из карьера на земную поверхность и укладывать во внешние отвалы, т.е. находящиеся за пределами контуров карьера, или размещать во внутренние отвалы, расположенные в выработанном пространстве в пределах контура карьера.
При разработке месторождений с перевозкой пустых пород во внешние отвалы коэффициент вскрыши может достигать исходя из условия экономичности горных работ 10 м /т, а при перевалке вскрышных пород из забоя непосредственно в отвал — 20 м /т и более.
Для перевалки вскрышных пород в выработанное пространство, во внутренние отвалы, по периметру карьера используют забойные, стационарные, передвижные и отвальные конвейеры в сочетании с загрузочными и разгрузочными установками, самоходными перегружателями и консольными отвалообразователями.
Для бестранспортной разработки вскрышных пород применяют ленточные отвалообразователи и транспортно-отвальные мосты.
Для перевалки вскрышных пород в выработанное пространство применяют также мощные драглайны, которые устанавливают на кровле вскрышного уступа или на промежуточном горизонте.
Применение многоковшовых экскаваторов, конвейерного транспорта и консольных отвалообразователей позволяет полностью автоматизировать процессы вскрышных работ. Отрицательное влияние на работу вскрышных комплексов оказывают налипаемость и намерзаемость влажных глинистых пород на рабочие поверхности горных машин.
Удельные затраты по отдельным производственным процессам при ведении вскрышных работ с перемещением пород за пределы карьера (по проф. B.C. Хохрякову).

Карьерные экскаваторы

Экскаватором называют землеройную машину, выполняющую операции по отделению грунта от массива и перемещению его в отвал или транспортные средства в пределах зоны досягаемости рабочего оборудования. Экскаваторы оборудуют одним или несколькими ковшами. Б первом случае их называют одноковшовыми, во втором — многоковшовыми.
Одноковшовые экскаваторы. Рабочий процесс одноковшового экскаватора (экскавация) состоит из последовательно выполняемых операций: отделения грунта от массива, заполнения им ковша, транспортирования грунта в ковше к месту разгрузки, разгрузки грунту из ковша, возвращения последнего в забой на исходную позицию. Совокупность этих операций составляет рабочий цикл экскаватора в результате выполнения которого выдается одна порция продукции в объеме разгруженного аз ковша грунта. По этому признаку в соответствии с принятой ранее классификацией строительных иашин одноковшовые экскаваторы относят к машинам цикличного действия.
По назначению одноковшовые экскаваторы делят на строительные — для выполнения земляных работ, погрузки и разгрузки сыпучих материалов; строительно-карьерные — для выполнения работ по назначению строительных экскаваторов, а также для разработки карьеров строительных материалов и добычи полезных ископаемых открытым способом; карьерные— для работы в карьерах; вскрышные — для снятия верхнего слоя грунта или горной породы перед карьерной разработкой; туннельные и шахтные—для работы под землей при строительстве подземных сооружений и разработке полезных ископаемых.
Одноковшовые экскаваторы могут разрабатывать грунты выше 8 и ниже 9 уровня своей стоянки соответственно рабочим оборудованием прямой и обратной лопат. Для увеличения рабочей зоны, например, при разработке котлованов больших размеров, на погрузочных и разгрузочных, а также на вскрышных работах на экскаваторы устанавливают рабочее оборудование драглайна 12. Для отрывки глубоких котлованов, ям, колодцев используют рабочее оборудование грейфера 10, для планировочных работ — специальное планировочное оборудование 11 и т. п. На экскаваторы может быть установлено также крановое, сваебойное и другое сменное рабочее оборудование—всего более 4(1 видов. Одноковшовый экскаватор может иметь только один вид рабочего оборудования или комплектоваться его сменными видами, устанавливаемыми на машину в зависимости от выполняемых работ. В первом случае экскаваторы называют специальными, а во втором — универсальными. К последним относится большинство строительных экскаваторов. В нашей стране более 90 % выпускаемых одноковшовых экскаваторов являются универсальными. Используемые на массовых разработках горных пород открытым способом специальные карьерные укскавато-ры имеют только один вид рабочего оборудования — прямую лопату.
Вскрышные экскаваторы имеют одинаковую с карьерными машинами базу и отличаются от последних главным образом размерами рабочего оборудования — ковшом большей вместимости, увеличенным его вылетом — расстоянием от оси вращения экскаватора до центра масс ковша. Это позволяет более полно использовать энергетические параметры силовой установки, прочностной ресурс машины и другие характеристики с целью получения наибольшей производительности на. разработке вскрышных грунтов, менее прочных по сравнению с залегающей под ними горной породой. Для работы в карьерах широко применяют мощные шагающие драглайны, которые используют как на погрузке взорванной породы, так и на вскрышных работах. Карьерные и вскрышные экскаваторы, а также шагающие драглайны относятся к горным машинам. Однако их широко используют на строительстве крупных земляных сооружений, например плотин, дамб, водохранилищ, каналов и т. п.
Характеристики карьерных гусеничных экскаваторов

· вместимость ковша — до 50м

· длина стрелы — до 55м

· радиус копания — до 29.06м

· высота копания — до 20.73м

· радиус зачистки — до 20.42м

· радиус разгрузки — до 24м

· высота разгрузки — до 24м

· радиус черпания — до 24.4м

· расчётная продолжительность цикла — до 50с

· ширина гусеничной ленты — до 2400мм

· скорость передвижения — до 2.5км/ч

· давление на грунт — до 0,42МПа

Применение карьерных гусеничных экскаваторов

· разработка полезных ископаемых и пород вскрыши

· погрузка полезных ископаемых и пород вскрыши в транспортные средства

Рабочие инструменты карьерных гусеничных экскаваторов

· ковш

· рукоять

· стрела

· поворотная платформа

· двуногая стойка

· нижняя рама

· гусеничные рамы

· кузов

Классификация карьерных гусеничных экскаваторов по числу гусениц

· двухгусеничные карьерные экскаваторы

· четырёхгусеничные карьерные экскаваторы

· восьмигусеничные карьерные экскаваторы

Вскрышные экскаваторы

Вскрышные экскаваторы имеют схожую с карьерными аппаратами базу и отличаются от последних приемущественно размерами рабочего оборудования — ковшом большей вместимости, увеличенным его вылетом — расстоянием от оси верчения экскаватора до центра тяжести ковша. Это допускает более много применять энерго характеристики силовой установки, прочностной ресурс машины и остальные свойства с целью достижения большей продуктивности на. разработке вскрышных грунтов, меньше крепких по сопоставлению с залегающей под ними горной породой. Для работы в карьерах обширно используют массивные шагающие драглайны, которые употребляют как на погрузке взорванной породы, так и на вскрышных работах. Карьерные и вскрышные экскаваторы, также шагающие драглайны относятся к горным машинам. Но их обширно употребляют на строительстве больших земельных конструкций, к примеру плотин, дамб, водохранилищ, каналов и т. п.

Одноковшовые экскаваторы отличают по выполнению рабочего оборудования, детали которого бывают сопряжены меж собой и с базой машины шарнирами и канатами либо иметь жесткие шарнирные сочленения. Последние присуши гидравлическим экскаваторам. Жесткое сочленение допускает более много применять массу экскаватора для реализации огромных усилий на зубьях ковша, по этому представляется вероятным разрабатывать грунты с завышенными площадями перпендикулярных сечений срезов, что значительно увеличивает продуктивность этих машин.

Гидравлический привод одноковшовых экскаваторов обеспечивает рабочему оборудованию огромную маневренность, допускает делать выбор более оптимальные рабочие движения. Благодаря значимым преимуществам перед канатными аппаратами гидравлические экскаваторы вообще объеме изготовления одноковшовых экскаваторов в нашей стране составляют более 80 %. В отдельную группу по рассматриваемому признаку выделяют экскаваторы с телескопическим оборудованием, используемым в конструкциям экскаваторов-планировщиков,при помощи которых делают планировочные, зачистные и обыденные экскавашюнные работы.

Одноковшовые экскаваторы производят как самоходные машины, способные перемещаться в границах стройплощадки, также при смене строительного объекта. Для перемещения по грунтам с пониженной несущей способностью используют гусеничные ходовые устройства с увеличенной опорной поверхностью. При нередкой смене строительных объектов для придания экскаваторам большей подвижности их оснастят лневмоколеены-ми ходовыми приспособлениями, употребляя для этого также авто либо тракторную базу, либо особые шасси авто вида. Карьерные и вскрышные экскаваторы оснастят, обычно, гусеничными ходовыми приспособлениями, а массивные драглайны — шагающим ходом С развитой поверхностью опорной рамы, что допускает понизить удельное давление машины на грунт до допустимых значении.

Проектирование систем карьерного автотранспорта

Основные подсистемы карьерного автомобильного транспорта

Автосамосвал карьерный— используется для транспортирования вскрышных пород и полезных ископаемых на открытых горных работах. Основные параметры автосамосвалов карьерных: грузоподъёмность (главный показатель), мощность двигателя, колёсная формула и объём кузова. Оптимальный уровень мощности автосамосвалов карьерных различной грузоподъёмности устанавливается на основе технико-экономического анализа.

Её удельная величина (мощность, отнесённая к полной массе самосвала с грузом) 5,1-5,9 кВт/т для машин грузоподъёмностью 27-110 т. Наиболее распространённая колёсная формула автосамосвалов карьерных 4х2 (первая цифра — общее число колёс, вторая — ведущих), реже 4х4; для автопоездов с полуприцепами – 6х2 и 6х4. Объём кузова (при определённой грузоподъёмности) зависит от плотности транспортируемого материала. У автосамосвалов карьерных с задней разгрузкой отношение грузоподъёмности к геометрическому объёму кузова 1,7-2 (с учётом объёма т.н. шапки — 1,4-1,6); у углевозов этот показатель 1,15-1,35 (величина соотношения возрастает с увеличением грузоподъёмности).

Автотранспортные средства, обычно, работают в комплекте с экскаваторами и образуют экскаваторно-автомобильный комплекс (ЭАК). Эти комплексы, в зависимости от складывающихся функциональных связей, могут быть простые и сложные

Ведущим элементом комплекса является экскаватор, поэтому его использование по времени должно быть максимальным, оно достигается за счет применения большегрузных автосамосвалов марки, грузоподъемностью 110 тонн.

Данная структурная схема характеризуется сложными функциональными связями, то есть автосамосвалы подаются к свободному экскаватору.

Вариантное проектирование карьерного автомобильного транспорта

Особенностью формирования транспортной системы карьера является то, что принимаемые решения должны носить долговременный характер и при периодической реконструкции возможно только техническое перевооружение действующих видов транспорта, поэтому необходимо учитывать последовательность развития транспортной системы карьера.

На стадии проектирования, основной задачей является правильный выбор погрузочного транспортного оборудования. В целом задача проектирования транспортной системы карьера решается в три этапа:

Устанавливаются возможные для применения в заданных условиях виды и схемы транспорта.

Выбирается оптимальное сочетание погрузочно-транспортного оборудования и уклоны карьерных автомобильных дорог.

Проводится технико-экономическое сравнение вариантов транспортных систем.

Режим работы транспорта на карьере обычно совпадает с режимом работы самого карьера. Для предварительных расчетов рекомендуется принимать непрерывную рабочую неделю по три смены в сутки для крупных карьеров, производительностью более 25 млн. тонн в год; шестидневную рабочую неделю в две или три смены в сутки для карьеров с производительностью до 25 млн. тонн в год. В проекте принято 255 рабочих дней и 2 рабочих смены.

При планировании развития горных работ с использованием автомобильного транспорта следует исходить величины минимально активного фронта работ, приходящихся на первый экскаватор.

Предусматривается в проекте следующий порядок выбора оптимального типа ЭАК:

С учетом годового грузооборота карьера предварительно подбирается экскаватор по вместимости ковша.

Выбирается соответствующе данному экскаватору автосамосвал по сопряженным рабочим параметрам.

Определяется производительность комплекса и требуемое количество автосамосвалов.

Выбирается простой или сложный ЭАК. В данном проекте принят простой комплекс.

Рассчитываются технико-экономические показатели по комплексу в целом.

Принимается вариант с другим типом экскаватора и автосамосвала. Рассчитываются параметры этого варианта.

Месячный фонд календарного времени определяется количеством календарных дней в месяце и полным временем суток в часах. Фонд рабочего времени – общее количество учётных часов непрерывной работы техники в году в соответствии с установленным на предприятии режимом работы. Определяется фондом календарного времени за вычетом праздничных и выходных дней в часах. Техническая готовность – суммарное время наработки на отказ карьерной техники, определяемое суммарной продолжительностью всех временных интервалов, в течение которых техника готова к работе, независимо от фактического использования его рабочего потенциала. Измеряется в «часах технической готовности», в течение которых самосвал находится в технически пригодном к эксплуатации состоянии. Коэффициент технической готовности (КТГ) Ктг – показатель, определяемый отношением объема наработки часов «технической готовности» к фонду календарного времени (рис. 1, табл. 1):

Рис. 1 Структура схемы рабочего времени самосвала

Ктг = (Тфкв – Трем – Торг) / Тфкв, % (1)

где: Трем = Ткап + Тав + Тпр (2)

– время на капитальные, аварийные и предупредительные ремонты, час; Торг – общее время организационных простоев (час), включающее ожидание ремонтов из-за отсутствия запчастей или ремонтных рабочих, неукомплектованность водителей, отсутствие ГСМ, шин, мест в ремонтных боксах (см. табл. 1).

Время основной работы Траб – общее количество часов работы техники за определённый период времени (смена, сутки, месяц, квартал, год), в течение которого фактически используется рабочий потенциал техники.

Время работы на линии Трл – общее количество часов работы техники и внутрисменных простоев при её эксплуатации за определённый период времени (сутки, месяц, квартал, год), в течение которых фактически используется рабочий потенциал техники (см. табл. 1):

Трл = Траб+Тпз+То+Тоб+Твн = Тфкв–Тпвх– – Торг – Трем–Тто–Тбвр–Трез, час (3)

где: Твн – общее время внутрисменных простоев, вызванных неподготовленностью карьерных дорог и забоев, загазованностью карьера, климатическими условиями, неисправностью экскаватора, ожиданиями погрузки и разгрузки и др. (см. табл. 1); Тпз – время, затрачиваемое на подговительно-заключительные операции, час; Тоб – время, затрачиваемое на личные надобности и регламентированные перерывы, час; То – время, затрачиваемое на нулевые пробеги; соответствует времени, в течение которого самосвал находится в движении до места выполнения работы (от места обслуживания, заправки, пересмены операторов и пр.), час; Тпвх – время, приходящееся на праздничные и выходные дни, час; Тто – время, затрачиваемое на проведение плановых ТО и ремонтов, час; Тбвр – время простоя в связи с выполнением массовых взрывов в карьере; Трез – время простоя техники, вызванное временным выводом из эксплуатации технически готовых машин из-за отсутствия объёмов работ.

Коэффициент использования парка во времени (КИП) Кип – определяется отношением времени работы на линии самосвала к фонду календарного времени. Кип отражает уровень организации эксплуатационной службы транспортного предприятия и условия эксплуатации карьерного автотранспорта (рис. 1):

Кип = Трл / Тфкв, % (4)

Коэффициент использования сменного времени (КИС) Ксм самосвала характеризует степень полезного использования сменного времени самосвала на выполнение основных технологических операций при транспортировании – времени основной работы Траб (движение с грузом и без груза, манёвры на пунктах погрузки и разгрузки, ожидание под погрузкой) и определяется простыми отношениями (рис. 1):

Кис =Трабсм / Тсм = Траб /Трл, % (5)

где Трабсм – время основной работы самосвалов за среднесписочную смену, час; Тсм – продолжительность рабочей смены, час.

Простой техники – время, в течение которого техника не выполняет работу.

Организационные простои самосвала – простои из-за отсутствия МТР (шин, запасных частей, ГСМ, топлива), ремонтников, водителей и мест в ремонтных боксах. При организационных простоях самосвал не может выполнять работу и технически не готов к работе. Технические простои – простои по причине отказа (поломок) узлов, агрегатов и других элементов конструкций, при которых самосвал не может безопасно выполнять работу.

К ним относятся простои, связанные с отказами или авариями машин по причине неисправности их механической или электрической частей, вызванными конструктивными или техническими недостатками, браком, допущенным при изготовлении, ремонте, монтаже машин или допущенных нарушений правил технического обслуживания и эксплуатации самосвала.

Эксплуатационные или внутрисменные простои – простои самосвала из-за отсутствия забоев, дорог, по климатическим условиям и т.п.

Коэффициент использования пробега – отношение пробега самосвала с грузом к общему пробегу.

Коэффициент использования грузоподъёмности – определяется как частное от деления фактически перевезённой горной массы на количество горной массы, которое можно перевезти при использовании грузоподъёмности самосвала на 100%.

Методика определения производительности и нормирования работы карьерных самосвалов

На всех этапах управления горными работами – проектировании, долгосрочном планировании (5–10 лет), среднесрочном (1–5 лет), годовом, текущем и оперативном управлении (сутки-смена) – существует задача определения потребного количества карьерного автотранспорта.

При проектировании, долгосрочном планировании и техническом переоснащении карьеров в период их реконструкции решается задача формирования структуры парка и её изменения в течение заданного срока в зависимости от объёмов горных работ, изменяющихся природно-технологических условий разработки и жизненных циклов карьерной техники с целью выбора оптимального варианта по экономическим критериям.

Расчёт парка самосвалов производится по известным методическим рекомендациям [1, 6, 7] и в соответствии с плановым годовым объёмом транспортирования горной массы карьера Vгрк, представляющим сумму мощностей отдельных (элементарных) g грузопотоков Vгрg:

(6)

Расчётное число самосвалов типа (модели) a на год для обеспечения технологического потока определяется по формуле:

(7)

где: Vгрg – годовой объём перевозок данного технологического потока g, ткм/год; Qгаg – годовая производительность самосвала типа а для условий технологического потока g, ткм/год.

Парк самосвалов типа a определяется из соотношения:

(8)

Годовая производительность среднесписочного автосамосвала типа а, рассматриваемого при оптимизации в технико-экономических расчетах:

(9)

где: Qча – часовая среднеэксплуатационная производительность среднесписочного самосвала типа a; Трла – время работы среднесписочного самосвала типа a на линии в год, ч/год.

Структуру парка на момент времени можно описать следующим выражением:

где: a = 1, nt – количество моделей, входящих в парк карьерной техники на t-год; mit – количество единиц карьерной техники a-й модели на t-год;

При годовом, текущем планировании объёмы горных работ и планы развития горных работ определены, сформированы грузопотоки и установлены их параметры. На этих этапах, как правило, не идёт речь о больших изменениях структуры парка, т.е. приобретении нового типа самосвала большей грузоподъемности. В этих случаях решается вопрос о приобретении дополнительных машин такого же типа или той же грузоподъёмности в зависимости от технического состояния работающего парка машин. Основой для расчётов служит месячная производительность среднесписочного автосамосвала типа (модели) a:

(11)

При недельно-суточном планировании специалистами техотделов решается вопрос о выдаче плановых заданий транспортному подразделению по количеству и структуре работающего на линии парка самосвалов для обеспечения выемочно-погрузочного оборудования, т.е. соответствующей мощности технологических потоков – необходимой производительности карьера по вскрыше и полезному ископаемому. При этом, расчёт потребного количества производится по суточной производительности самосвала данного типа, исходя из сменных норм выработки – количества рейсов в смену.

Из изложенного следует, что часовая среднеэксплуатационная производительность Qчаg карьерного самосвала типа а для конкретных параметров технологического потока g представляет основу всех расчётов на всех этапах планирования.

Именно Qчiаg в разработанном методе формирования структуры парка карьерных самосвалов играет ключевую роль, связывая природно-технологические условия работы i-го самосвала типа а в данный период времени t (в течение этого периода принимается, что ПТУ не меняются, т.е. параметры технологического потока остаются постоянными) с его жизненным циклом в этот период через время работы на линии Трлtgi при определении объёма перевозок Vгрtgi.

Часовая производительность карьерного самосвала зависит не только от его конструктивных возможностей, параметров трасс, типа и мощности выемочного оборудования, но и от организации эксплуатации транспорта и ведения горных работ (организационно технологических условий работы), т.е. времени основной работы Траб (см. табл. 1).

Цель разработанной методики – точное определение норм выработки карьерных самосвалов в зависимости от конкретных природно-технологических, организационно-технологических условий эксплуатации техники и уровня организации работ в карьере.

Основа всех расчётов при нормировании работы самосвалов – время рейса Тр для самосвала данного типа a и параметров (условий транспортирования) технологического потока g (рис. 2). При определении времени рейса автосамосвала на трассе технологических потоков от забоя до отвала, склада, бункера фабрики разбиваются на участки, отличающиеся сроком службы, продольным уклоном, шириной проезжей части, кривизной виража и типом покрытия (см. рис.2).

Время движения по участкам в процессе нормирования определяется двумя способами:

- по скорости движения самосвала, устанавливаемой по динамической характеристике автосамосвала типа а;

- с помощью хронометражных наблюдений.

При проведении хронометражных наблюдений параметры трассы на каждом участке (расстояние L, уклон i, радиус поворота R) определяются по маркшейдерским профилям, границы участков выносятся пикетами на местности. Точность определения длины участков составляет 5 м.

Замеры продолжительности различных операций производятся двумя хронометражистами. Один находится в кабине самосвала, учитывает время прохождения груженой и порожней машины через наблюдаемые пикеты по выверенным секундомерам и фиксирует, соответственно, полное время рейса.

Другой хронометражист с помощью выверенного секундомера определяет время прохождения всех машин в груженном и порожнем направлениях через участки, а также записывает продолжительность элементов цикла работы самосвала – погрузки, движения и разгрузки – на цифровую видеокамеру.

Достоинство данной методики заключается в возможности проведения замеров по участкам для большего числа самосвалов, что позволяет уменьшить влияние технического состояния отдельного самосвала и навыков отдельного водителя на анализируемую величину. Обработка и анализ результатов исследований осуществляется с применением методов математической статистики [7].

Для определения времени рейса Tp используются усреднённые данные всех хронометражных наблюдений (как в движении, так и со стационарных пунктов наблюдения) времени прохождения самосвалами отдельных пикетов, составляющих маршруты трасс, в грузовом и порожнем направлениях, а также времени погрузки, разгрузки и манёвров самосвалов. Таким образом, время рейса по i-му маршруту (g-му грузопотоку) составляет:

(12)

где: j – номер участка трассы, N – число участков трассы с различными характеристиками, tгрj; tпрj – среднестатистическое время движения на j-ом участке груженного или порожнего самосвала, величины которых определяются из следующих соотношений:

(13) (14)

где: tгрy – единичный замер времени движения по j-му участку груженного самосвала из M замеров, произведенный со стационарного пункта наблюдения и в движении; tпрu – единичный замер времени движения по j-му участку порожнего самосвала из Wзамеров, произведённый со стационарного пункта наблюдения или в движении. На основании полученных данных о времени движения автосамосвалов по участкам дорог с разным расстоянием L, уклоном i и радиусом поворота R рассчитываются средние скорости движения гружённых и порожних автосамосвалов по рассматриваемым участкам трассы.

Техническая скорость движения по j-ому участку в каждом из направлений отдельно определяется по формуле:

(15)

где: Lj – длина j-го участка, м; Тj – среднестатистическое время движения груженного или порожнего самосвала по j-му участку (то есть tгрj или tпрj).

Скорость движения по i-му маршруту (по каждому из направлений и отдельно для участков дороги по поверхности и для участков внутрикарьерной дороги) определяется как средневзвешенная величина:

(16)

где: Lобщ – длина i-го маршрута по поверхности или внутри карьера (м), при этом

Значения этих скоростей справедливы только для конкретных маршрутов, для которых они рассчитывались. С достаточной степенью надёжности они могут использоваться в инженерных расчетах (например, при определении производительности самосвалов), но в случае изменения конфигурации трассы (маршрута) – выбыванием каких-то старых участков и (или) добавлением новых – скорость движения для изменённой трассы необходимо пересчитывать по вышеприведенной формуле. Причём для новых участков в соответствии с их параметрами (уклон, радиус закругления, тип покрытия) подбирается скорость движения схожего по параметрам типового участка из сформированной в ходе хронометражных наблюдений базы данных.

Количество рейсов (норма выработки) в смену по каждому маршруту рассчитывается по формуле:

(17)

где: Tpi – время рейса самосвала по i-му маршруту, мин; Тсм – продолжительность рабочей смены, час; Ксм – коэффициент использования сменного времени самосвала. Часовая эксплуатационная производительность (выработка) самосвалов:

Qч = (60/Tp)? Kсм · qa · Kгр · Lф, т·км/ч (18)

или Qч = (qa·Кгр·Ксм)/ (2/Vтехр) + (tц·nк/60 + tр + tм)/60·Lфi (19)

где: qa – паспортная грузоподъемность самосвала, т; Кгр – коэффициент использования грузоподъемности самосвала; Vтехр – среднерейсовая техническая скорость самосвала на iCм маршруте, км/ч; nк – число загружаемых ковшей экскаватора в самосвал; tц – время цикла экскаватора, сек.; tр – время разгрузки самосвала на отвале, мин.; tм – общее время маневров в забое и на отвале (складе), мин.; Lфi – фактическое расстояние транспортирования, км.

В отличие от применяемого на ряде предприятий расчёта норм выработки на основе приведенного расстояния, фактическое расстояние транспортирования наряду с объемами горных работ определяет фактическую величину грузооборота. При этом полученное значение производительности для данных условий транспортирования технологического потока может быть использовано на всех этапах планирования и управления горными работами. На основании выражений (18) и (19) формула для расчета часовой производительности самосвалов для текущих фактических значений расстояний транспортирования (км) может быть приведена к виду:

Qч = А / (В/Lтр + С), т·км/ч (20)

где параметр С (час/км) определяется из выражения

С = 60 (Vгр + Vпор)/(Vгр·Vпор) = 120/Vтехр (21)

где: Vгр и Vпор – технические скорости самосвалов в груженном и порожнем направлениях (км/ч), установленные по хронометражным наблюдениям для базовых значений расстояний транспортирования по соответствующим маршрутам. Параметр А определяется из выражения:

А = 60 qa·Kгр ·Kсм, т (22)

Параметр В определяется из выражения:

В = tп + tр + tм, час. (23)

Зависимость Qч = f(Lтр) имеет параболический, а не линейный характер. Таким образом, при известной величине часовой производительности самосвалов QчБ, определённой по хронометражным наблюдениям для базового расстояние транспортирования (LтрБ)по конкретному маршруту, текущее значение часовой производительности может быть рассчитано по следующим выражениям:

при Lтр > LтрБ, Qч = QчБ + А В (1 – 1/d) / (24)

/ LтрБ (В/ LтрБ + С) (В/d·LтрБ + С) при Lтр < LтрБ, Qч = QчБ – А В (1/d – 1) / LтрБ (В/ LтрБ + С) (В/d·LтрБ + С)(25)

где: d = LтрБ / Lтрф – коэффициент пропорциональности; Lтрф – текущее фактическое расстояние транспортирования, км. Расчёт рабочего парка самосвалов производится по известным методическим рекомендациям [1, 6, 7] и в соответствии с плановым годовым грузооборотом. Расчётное число самосвалов для выполнения годового плана определяется по формуле:

nра = Qгр / Qга, ед. (26)

где: Qгр – годовой грузооборот карьера по руде (вскрыше), т·км/год; Qга – годовая производительность самосвала на перевозке руды (вскрыши), т·км/год. При этом годовая производительность самосвала рассчитывается по выражению:

Qга = 12 Qча ·Трла, т·км/год (27)

где: Qга – часовая производительность самосвала отдельно по руде (или вскрыше), т/час (м3/час); Трла – продолжительность работы самосвалов на линии в течение месяца, час/месяц.

Оценка эффективности эксплуатации парка самосвалов по диаграмме «Плохо – Хорошо»

Показатели интенсивности эксплуатации карьерных самосвалов (грузооборот, часовая производительность и число рейсов) зависят от величины расстояния транспортирования, и без привязки к этому параметру они не могут служить достоверными критериями оценки эффективности эксплуатации технологического автотранспорта. Для устранения этого недостатка анализ такого показателя, как часовая производительность на среднесписочную единицу автопарка, следует проводить не в одномерном, а в двухмерном пространстве, в котором на оси абсцисс размещаются значения расстояния транспортирования (Lтр), на оси ординат – соответствующие значения часовой выработки Qч (рис. 3). Оценку эффективности технологического автотранспорта по показателю часовой выработки карьерных самосвалов предлагается производить по четырём категориям: «отлично», «хорошо», «плохо» и «неудовлетворительно». Изолинии границ между категориями задаются на основе аналитических расчётов по канонической формуле (19), дополненной в числителе коэффициентом использования парка Кип, чтобы получить эксплуатационную часовую выработку среднесписочного самосвала с учетом времени работы на линии, позволяющую производить корректную оценку по фактическим часовым производительностям.

При этом значения граничных параметров (Ксм; Кгр; Кип; Vтех) задаются отдельно для каждой оценочной категории. В соответствии с видом функциональной зависимости этого уравнения линии границ представляют собой параболы. Они выполняют роль своеобразной шкалы деления. Поле графика делится изолиниями границ между оценочными категориями на пять частей – четыре представляют соответствующие категории («отлично», «хорошо», «плохо» и «неудовлетворительно»), а пятая, самая верхняя, представляет внекатегорийную, куда фактические данные попасть не могут. Линия границы категории «отлично» соответствует максимально-возможной (или «эталонной», близкой к технической) часовой производительности на линии для данного типа самосвала и условий эксплуатации, поскольку при её расчёте используются максимально достигнутые на данном предприятии за все годы его существования показатели по анализируемому парку – Ксмmax; Кипmax; Кгрmax; Vтехэт.

На практике «эталонная» часовая линейная производительности может быть только повторена, но не превышена. Отношение фактического показателя к расчётному – это своеобразный КПД эксплуатации транспортной техники, а величина этого отношения или коэффициента может быть использована в качестве критерия оценки эффективности эксплуатации карьерного автотранспорта – чем этот коэффициент больше, тем выше эффективность эксплуатации техники. Величину «эталонной» технической скорости Vтехэт следует определять на основе расчёта по конкретным профилям трассы с использованием тяговых и тормозных характеристик самосвалов или рассчитывать на основе хронометражных наблюдений. Максимальная величина коэффициента Ксмmax будет соответствовать работе парка самосвалов на линии с минимальными потерями времени на внутрисменные простои, вызванные только крайней необходимостью выполнения обязательных операций – заключительно-подготовительных, на регламентные простои – ЕО и пр. (табл. 2), личные надобности и заправку. В среднем доля этих потерь времени по транспортному цеху на горных предприятиях составляет от 1.2 до 1.5 час. Таким образом, в расчётах величину Ксмmax можно принять на уровне 0.85.

В целях дополнительной оценки на графиках строится еще одна изолиния часовой производительности самосвалов, рассчитываемая по вышеприведенной формуле (19) и соответствующая среднестатистическим фактическим значениям парка самосвалов Ксрсм, Ксрип, Ксргр, Vсртех на исследуемом предприятии. При этом периоды усреднения могут быть как за несколько месяцев текущего года, так и отдельно по каждому месяцу за последние годы, что носит более представительный характер, учитывающий сезонность работ.

На графики наносятся фактические помесячные значения часовой выработки. Поскольку фактические расстояния транспортирования изменяются со случайной вероятностью, получается довольно хаотичная картина распределения точек. Чем выше расположена изолиния, проходящая через конкретную точку, тем выше эффективность эксплуатации в данный месяц. Анализ интегральных диаграмм указывает на тот факт, что большая по значению часовая выработка не всегда соответствует более высокой эффективности.

Поиск по сайту: