ВОПРОСЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИМЕНЕНИЯ КОНВЕЙЕРНОГО ТРАНСПОРТА СКАЛЬНОЙ ГОРНОЙ МАССЫ НА ГЛУБОКИХ КАРЬЕРАХ

Очевидно, что основным фактором, определяющим развитие карьерного транспорта, является постоянное ухудшение горно-технических условий разработки месторождений. Когда в конце 60 х годов прошлого века увеличение глубины карьеров на горно-добывающих предприятиях Министерства черной металлургии СССР вызвало ухудшение экономических показателей, окончательно сформировалось направление геотехнологии с конвейеризацией транспортирования взорванных скальных горных пород – т.н. циклично-поточная технология (ЦПТ).

Применение ЦПТ рассматривалось как основное направление решения транспортной проблемы глубоких карьеров, способное помочь выйти из сложившейся кризисной ситуации. При этом ориентировались на мировой опыт использования ленточных конвейеров для подъема горной массы из карьеров. По данным зарубежных источников применение конвейерного транспорта обеспечивает значительное снижение расходов на энергоносители (на 65–70%) и еще более впечатляющее повышение производительности труда (затраты на рабочую силу уменьшаются на 80–93% [1]).

При этом конвейерный транспорт характеризовался наименьшими среди прочих основных видов технологического карьерного транспорта затратами энергии на подъем горной массы (его удельная энергоемкость – расход условного топлива на подъем 1 тонны горной массы на один метр – составляет 1,7–2,3 г, тогда как для автомобильного и железнодорожного аналогичный показатель составляет 4,5–5,2 и 3,4–4,4 г у.т./тхм, соответственно [2]).

Но со временем приходится констатировать, что практика применения конвейерного транспорта на карьерах СССР, а затем и в странах СНГ пока не подтверждает столь значительное улучшение технико-экономических показателей, а начавшееся в 70–80 х годах интенсивное внедрение ЦПТ на горно-рудных предприятиях не привело к ожидаемым масштабам развития конвейерного транспорта.

Конвейер №5 ЦПТ-1 (ОАО «Олкон»).

В таблице 1 приведены данные динамики фактических и прогнозных объемов перевозок горной массы с применением технологического конвейерного транспорта (на основе составленного ИГД УрО РАН «Свода показателей развития горных предприятий Минчермета СССР до 2010 года» [3]). В соответствии с ними уже в 1990 г. предусматривались объемы перевозок горной массы с применением ЦПТ в объеме 262,7 млн т. Фактические же объемы составили 177,7 млн т. В последующие годы ситуация выглядела следующим образом: 1995 г. – планируемые объемы – 305,5 млн т, фактические – 92,9 млн т; 2000 г. – планируемые – 370 млн т., фактические – 112,8 млн т; 2005 г. – планируемые – 375,9, фактические – 165,5 млн. т.

* В числителе – фактические, в знаменателе – прогнозируемые объемы перевозок

Столь существенное различие прогнозных и фактических объемов перевозок горной массы с применением конвейерного транспорта свидетельствует о том, что либо были допущены ошибки при оценке реальных возможностей ЦПТ, либо нерациональным было использование ее преимуществ при внедрении на конкретных предприятиях.

Полагаем, что имели место оба этих фактора. Вместе с тем, есть основания считать, что темпы внедрения ЦПТ на горно-рудных предприятиях могли быть значительно выше, если были бы рационально реализованы преимущества ЦПТ, строго воплощены конкретные рекомендации научно-исследовательских институтов.

Как правило, выделяют следующие основные причины недостаточного использования преимуществ ЦПТ:

1. Отставание от мирового уровня развития геотехники и, как следствие, отсутствие эффективного отечественного оборудования; главным образом, мобильных дробильных и дробильно-перегрузочных комплексов ЦПТ, а также средств конвейерного крутонаклонного подъема горной массы.
2. Необходимость выполнения большого дополнительного объема вскрышных работ по разносу нерабочего борта карьера или оставления целиков для размещения дробильно-перегрузочных пунктов внутри карьера, что снижает конкурентоспособность применения схем с конвейерным транспортом горной массы.
3. Нерациональные решения по выбору и сочетанию основного горно-транспортного оборудования, организации работы дробильно-конвейерных комплексов.

Остановимся на каждой из указанных причин подробнее

Действительно, применение лучших образцов передвижных дробильных установок позволяет существенно повысить эффективность применения конвейерного транспорта. Так, использование передвижного дробильного агрегата фирмы «Krupp Fordertechnik» на Полтавском ГОКе позволило снизить высоту подъема горной массы автотранспортом до 107 м и высвободить 9 автосамосвалов по сравнению с ранее применявшейся дробильной установкой с ограниченной мобильностью.

При этом весь комплекс располагается на временно нерабочем борту карьера и, что особенно важно, может переноситься по мере развития горных работ. Однако следует иметь в виду, что первые промышленные образцы передвижного дробильного оборудования были изготовлены фирмой «Крупп Индастри унд Стальбау» (ФРГ) лишь в 1980 г.

Решения же по развитию ЦПТ на ряде карьеров принимались значительно раньше. Отсутствие надежных, серийно изготавливаемых мобильных дробильных установок привело к принятию компромиссного решения об использовании в схемах с конвейерным транспортом на начальном этапе типовых корпусов крупного дробления горной массы.

При этом предусматривалась возможность переноса части оборудования на новое место расположения перегрузочного пункта по мере углубления карьера и развития горных работ. То есть, дробильно-перегрузочные пункты в проектах закладывались как полустационарные. Была разработана и соответствующая методическая база для обоснования вопросов переноса и размещения таких пунктов [4], основными положениями которой являются следующие:

• создана методика выбора горизонтов карьера и периода размещения на них перегрузочных дробильных пунктов, позволяющая по мере развития карьера не только оптимизировать распределение грузопотоков между автомобильным и конвейерным звеньями транспортной системы, а также определять границу перехода на автомобильно-конвейерный транспорт, но и решать задачу формирования концентрационных горизонтов с учетом влияния местоположения перегрузочных пунктов и конвейеров в карьере на развитие горных работ;
• установлено, что для карьеров с большой площадью и глубиной распространения рудных тел, в отличие от карьеров с крутопадающими рудными телами, шаг переноса перегрузочных пунктов может не зависеть от величины затрат в автотранспортном звене и дробильно-конвейерном комплексе, но время переноса и общее количество переносов меняются (при увеличении стоимости транспортировании руды автомобилями перегрузочные пункты рационально переносить в более ранние сроки, поэтому количество переносов увеличивается); при наличии нескольких перегрузочных пунктов в дробильно-конвейерном комплексе характерным является их распределение по высоте добычной зоны.

На основе этих положений были разработаны рекомендации по вариантам размещения дробильно-конвейерного комплекса в торце северо-восточного и северо-западного бортов Стойленского карьера железистых кварцитов, которые были учтены при проектировании. В соответствии с ними предусматривался перенос дробильно-конвейерного комплекса по мере развития горных работ.

Однако эти проектные решения не были выполнены, и в 2000 г. до этого хорошо себя зарекомендовавший комплекс ЦПТ с применением автомобильно-конвейерно-железнодорожного транспорта горной массы на карьере Стойленского ГОКа не был перенесен на другой борт, как предусматривалось ранее, а окончательно демонтирован. Это свидетельствует не только о недостатках применения конвейерного транспорта с полустационарными перегрузочными пунктами, но и о непоследовательности в выполнении ранее принятых проектных решений.

Что касается широко распространенного в научно-технической литературе по вопросам применения конвейерного транспорта тезиса о том, что одним из основных вариантов повышения его эффективности является применение крутонаклонного подъема горной массы, то исследования по обоснованию эффективных областей его применения, проведенные в ИГД УрО РАН [5]), не позволяют говорить об этом столь однозначно.

Определение целесообразных областей применения крутонаклонных конвейеров в сравнении с обычными ленточными конвейерами проведено для условий переработки комплексами ЦПТ скальных горных пород и руд в объемах 5,10, 20, 30 млн т в год при высотах подъема транспортируемого материала 100, 200, 300, 400, 500, 600 метров. При выборе параметров конвейерного оборудования принималась рациональная при перемещении скальной крупнодробленой горной массы скорость движения конвейерной ленты 3,15 м/с. Выбор оборудования сборочного автомобильного транспорта проводился исходя из рациональной высоты подъема горной массы автосамосвалами равной 60–80 м, при этом средневзвешенное плечо откатки автотранспортом не превышало 2,0 км.

Эффективные условия применения крутонаклонных ленточных конвейеров устанавливались на основании анализа оценочных показателей, включающих суммарные и удельные капитальные затраты, суммарные и удельные эксплуатационные расходы, производительность труда, удельную металлоемкость и удельную знергонасыщенность, которые определялись в целом для комплекса ЦПТ.

С целью выявления возможного оптимального угла установки крутонаклонных конвейеров исследовано изменение основных технико-экономических показателей дробильно-конвейерных комплексов при их годовой производительности 20 млн т, разных углах наклона трассы конвейерных подъемников и высотах подъема транспортируемого материала 100, 300 и 600 м.

Расчеты показывают, что при одинаковых высотах подъема транспортируемого материала с увеличением угла наклона трассы конвейерных подъемников основные технико-экономические показатели (установленная мощность двигателей, капитальные затраты и эксплуатационные расходы на дробильно-конвейерное оборудование) практически не изменяются или монотонно убывают (масса конвейерного оборудования). Более интенсивно снижаются затраты на горно-капитальные работы и их погашение. Так, с увеличением угла наклона конвейерных подъемников с 18 до 60 град. – на 16–49% в зависимости от высоты подъема.

За счет этого происходит снижение суммарных капитальных затрат и эксплуатационных расходов на дробильно-конвейерный комплекс. Интенсивность их уменьшения при различных высотах подъема транспортируемого материала можно проследить по изменению удельных показателей (рисунки 1 и 2).

Результаты исследований показывают, что крутонаклонные конвейерные подъемники при углах их установки более 35 град. существенно эффективнее обычных ленточных конвейерных подъемников, что в рассматриваемых условиях дает возможность уменьшить суммарные капитальные затраты на 20–100 млн руб., а суммарные эксплуатационные расходы – на 3,5–4,5 млн рублей в год.

Рис. 1. Изменение удельных капитальных затрат для комплексов ЦПТ.

Рис. 2. Изменение удельных эксплуатационных затрат для комплексов ЦПТ.

В общих капитальных затратах на комплексы ЦПТ весьма значительны расходы на горно-капитальные работы, связанные с размещением в карьере дробильно-перегрузочных пунктов и конвейерных подъемников.

Для расчета оценочных показателей в заданных условиях предварительно по ранее разработанной модели было выбрано оборудование комплексов ЦПТ. Ширина лент при использовании крутонаклонных конвейеров существенно выше, чем при использовании обычных ленточных конвейеров, что обусловлено конструктивными особенностями крутонаклонных конвейеров.

В связи с различной надежностью работы сравниваемого оборудования коэффициент готовности дробильно-конвейерных комплексов (ДКК) с крутонаклонными конвейерами для рассматриваемых условий практически всегда ниже этой величины для ДКК с обычными ленточными конвейерами. Это приводит к необходимости увеличения часовой производительности технических средств, обеспечивающих перевозку заданных годовых объемов горной массы ДКК с крутонаклонным подъемом. Следствием этого является различие в количественном составе оборудования экскаваторно-автомобильного комплекса.

Общей тенденцией изменения доли затрат на горно-капитальные работы являются ее существенное увеличение с ростом высоты подъема транспортируемого материала и менее интенсивное снижение с увеличением годового объема перевозок горной массы. В связи с этим доля пассивной части капитальных вложений в комплексы ЦПТ с обычными ленточными конвейерами достигает 14–78%.

В комплексах ЦПТ с крутонаклонным конвейерным подъемом доля пассивной части капитальных вложений изменяется в пределах 12,5–67%, что в исследованных условиях на 10–25% ниже, чем у вышеприведенных комплексов ЦПТ. Эксплуатационные расходы на комплексы ЦПТ в рассматриваемых условиях изменяются аналогично капитальным затратам.

С увеличением высоты подъема горной массы от 100 до 600 м удельные капитальные затраты и удельные эксплуатационные расходы на основное оборудование ЦПТ повышаются соответственно в 4,9–2,1 раза и в 2,1–1,6 раза. При использовании в комплексах ЦПТ крутонаклонных конвейеров интенсивность увеличения удельных капитальных затрат и удельных эксплуатационных расходов существенно ниже и изменяется соответственно в пределах 3,3–1,7 раза и 1,8–1,5 раза.

На каждые 100 м повышения высоты подъема увеличиваются удельные капитальные и удельные эксплуатационные расходы: при использовании в конвейерных линиях обычных ленточных конвейеров на 35–16% и 16–10%; крутонаклонных конвейеров – на 25–12% и на 12–8% соответственно. Интенсивность увеличения затрат снижается с повышением годовой производительности комплексов ЦПТ.

С увеличением годового объема перевозок конвейерными линиями ЦПТ с 5,0 до 30 млн т удельные капитальные затраты и удельные эксплуатационные расходы снижаются: при использовании в конвейерных линиях обычных ленточных конвейеров в 1,4–3,0 раза и в 1,3–1,7 раза; при использовании в конвейерных линиях крутонаклонных конвейеров – в 1,3–2,5 раза и в 1,2–1,5 раза, соответственно. Интенсивность снижения затрат повышается с увеличением высоты подъема транспортируемого материала.

Общая масса основного оборудования комплексов ЦПТ отличается незначительно как при использовании в конвейерных линиях обычных ленточных конвейеров, так и крутонаклонных конвейеров. Общая тенденция изменения удельной металлоемкости в зависимости от этих факторов аналогична тенденции изменения удельных затрат.

Что касается массы дробильно-конвейерного оборудования, то она в комплексах ЦПТ с крутонаклонными конвейерами при высотах подъема более 100–300 м на 3–8% меньше массы аналогичного оборудования комплексов ЦПТ с обычными ленточными конвейерами. Доля этого оборудования в общей массе оборудования комплексов ЦПТ высока. Она изменяется от 25 до 53% с конвейерным подъемником, проложенным под углом наклона 18 градусов, и от 24 до 50% с крутонаклонным подъемником.

Удельная энергонасыщенность на 1 т годовой производительности в исследованных условиях изменяется в интервале 1,3–1,9 Вт/т. Значение этого показателя повышается с увеличением высоты подъема и практически не зависит от годового объема перевозок горной массы. Энергонасыщенность также практически одинакова в комплексах ЦПТ с конвейерными подъемниками, установленными под углом наклона 18 и 45 град.

Годовая производительность труда одного работника комплексов ЦПТ значительно повышается с увеличением объема перевозок горной массы. В исследованных условиях она изменяется в широком диапазоне от 28 до 87 тыс. т/год (табл. 3.5). В значительной мере производительность труда зависит от оборудования, применяемого в экскаваторно-автомобильном комплексе. Так, при использовании в экскаваторно-автомобильном комплексе экскаваторов ЭКГ-5 и автосамосвалов грузоподъемностью 40 т повышение годового объема перевозок горной массы с 5 до 20 млн т дает прирост производительности труда на одного занятого на 28–32%. Увеличение годового объема перевозок с 20 до 30 млн т и использование на погрузке экскаваторов ЭКГ-8И, а в сборочном звене автосамосвалов, повышает производительность труда одного трудящегося почти на 80%.

Анализ расчетных данных показал, что годовая производительность труда одного трудящегося комплексов ЦПТ с крутонаклонным конвейерным подъемом в большинстве случаев выше по сравнению с производительностью труда работника комплекса ЦПТ, конвейерные линии которого скомплектованы из обычных ленточных конвейеров. Существенное увеличение производительности труда (5–20%) достигается при высотах подъема горной массы конвейерами 300–600 м.

По результатам исследования тенденций и интенсивности изменения оценочных показателей определены области применения крутонаклонных конвейеров в комплексах ЦПТ.

Установлено, что при годовой производительности комплексов ЦПТ в 5–10 млн т крутонаклонные конвейеры целесообразно использовать при высотах подъема горной массы более 100–200 м. В этих условиях при меньших удельных эксплуатационных расходах (на 5–15%) удельные капитальные затраты на комплексы ЦПТ с крутонаклонными конвейерами существенно ниже (на 13–30%). Кроме того, использование крутонаклонных конвейеров предпочтительнее по производительности труда на одного трудящегося комплекса ЦПТ (повышается на 8–20%).

С повышением производительности комплексов ЦПТ до 20–30 млн т в год крутонаклонные конвейеры целесообразно использовать при высотах подъема горной массы более чем на 200-300 м. В этих условиях, при практически равных удельных эксплуатационных расходах, удельные капитальные затраты на комплексы ЦПТ с крутонаклонными конвейерами ниже на 6–20%.

Обратим, однако, внимание на то, что эти предпочтительные области применения крутонаклонного конвейерного подъема по сравнению с обычными конвейерными подъемниками удается выделить, главным образом, при существенных различиях затрат на горно-капитальные работы. Это связано с тем, что дополнительные объемы горной массы по разносу бортов карьеров для размещения дробильно-конвейерных комплексов в 1,4–1,6 раза меньше в вариантах с применением крутонаклонных конвейеров. Указанные объемы составляют, например, 3,4 млн м³ при глубине расположения площадки дробильно-перегрузочного пункта 100 м и 40,5 млн м³ – при глубине расположения площадки 500 м.

В ИГД УрО РАН разработаны такие схемы вскрытия с применением автомобильно-конвейерного транспорта, которые позволяют практически исключить эти дополнительные объемы горно-капитальных работ [6,7]. В них предусмотрено совмещение наклонных предохранительных и транспортных берм, проработаны варианты рационального размещения стационарных и передаточных конвейеров и дробильно-перегрузочных пунктов (ДПП). Установлено, например, что схема вскрытия горизонтов размещения ДПП траншеей под ленточный подъемник на постоянном борту карьера должна соответствовать схеме вскрытия наклонным стволом и квершлагом. При этом ДПП также должны размещаться на временных целиках пород; стационарный конвейерный подъемник – на постоянном борту карьера параллельно границе между рабочим и постоянным бортом карьера; передаточные ленточные конвейеры – в наклонных или крутых полутраншеях на постоянном борту. Расстояние между целиком пород с ДПП и стационарным конвейерным подъемником должно обеспечивать безопасность последнего при срабатывании целика пород с использованием взрывных работ (рис. 3).

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.

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 (V^c=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.

Литература

1. Столяров В. Ф. Проблема циклично-поточной технологии глубоких карьеров. – Екатеринбург: Уро РАН, 2004. – 232 с.
2. Лель Ю. И. Теоретические основы выбора карьерного транспорта рудных карьеров. – Диссертация д-ра техн. наук/ИГД им. Скочинского. – М., 1978. – 421 с.
3. Свод показателей развития горных предприятий Минчермета СССР до 2010 г. (по проектным данным)/ИГД Минчермета СССР. Сверловск,1987. – 242 с.
4. Исследование технологических параметров дробильно-конвейерных комплексов для условий карьеров железистых карьеров КМА. – Диссертация канд. техн. наук/ИГД МЧМ СССР. – Свердловск., 1974. – 165 с.
5. Теоретические основы создания надежных и эффективных крутонаклонных конвейерных подъемников: Отчет о НИР. Рук. Яковлев В. Л. – № ГР 01970009116. – Екатеринбург, 2000. – 118 с.
6. Яковлев В. Л., Смирнов В. П., Берсенев В. А. Устройство дробильно-конвейерных комплексов на глубоких карьерах. – Екатеринбург: ИГД УрО РАН. – 2003. – 42 с.
7. Берсенев В. А., Бахтурин Ю. А. Особенности формирования дробильно-конвейерных комплексов при отработке глубоких карьеров//(Мельниковские чтения). Доклады международной конференции, 6–10 июля 1998. – Том 4. – Екатеринбург,1998, 87 с.