ВСТУП
В системі гірничодобувного підприємства кар'єрному транспорту належить особлива роль. Він є не тільки найскладнішою і трудомісткою ланкою технологічного процесу розробки родовищ відкритим способом, але і в значній мірі визначає умови роботи інших ланок і підприємства в цілому [1].
Технологічна ланка, яка багато в чому визначає ефективність гірничих робіт, – кар'єрний транспорт. Переміщення гірничої маси – самий трудомісткий, енергоємний і дорогий технологічний процес. Капітальні витрати на транспорт складають більше 60-65% всіх витрат на будівництво кар'єрів.
На глибоких кар'єрах перед кар'єрним транспортом виникають задачі збереження достатньо високої продуктивності і підтримки темпу поглиблення гірничих робіт, скорочення довжини транспортних комунікацій, забезпечення необхідної економічності розробки. Як правило, дотримання цих умов досягається тільки при послідовному використанні декількох видів транспорту в єдиній транспортній мережі, тобто комбінацією транспорту. При комбінованому використанні кожний вид транспорту працює в найзручніших і вигідних для нього умовах. У зв'язку з цим особливого значення набувають вибір кар'єрного транспорту, оцінка його основних параметрів і техніко-економічних показників [2].
АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ
На багатьох кар'єрах, як України, так і інших зарубіжних країн через ускладнення з глибиною гірничо-геологічних і гірничотехнічних умов застосовують декілька видів транспорту, що дозволяє прискорити підготовку родовища до експлуатації, інтенсифікувати здобич і вскришні роботи, отримати найбільший техніко-економічний ефект. Цим питанням прикована увага як вітчизняних, так і зарубіжних наукових діячів: С.Г. Молотілов; Е.І. Васильев; О.Б. Кортелев [2]; Шешко Е.Е. [3]; Астафьев Ю.П.; Поліщук Г.К. [4]; Буткевич Г.Р. [5]; Юдин А.В. [6] та ін.
Гірничотехнічні умови розробки родовищ корисної копалини в найближчі роки характеризуватимуться подальшим збільшенням глибини кар'єру і відстаней транспортування, зростанням частки міцних скельних порід і руд в загальному об'ємі гірничої маси, що приводитиме до підвищення собівартості продукції і зменшення її конкурентоспроможності. Зважаючи на це виникає необхідність істотних коректив в підходах до рішення проблем розвитку гірничої справи відкритим способом.
Упровадження комбінованого транспорту забезпечує зменшення витрат на паливо, скорочення персоналу, зростання у ряді випадків продуктивності, поліпшення умов роботи людей в кар'єрі і охорони навколишнього середовища при збереженні гнучкості системи, що базуються на використанні самоскидів. При комбінованому використанні кожний вид транспорту працює в найзручніших і вигідних для нього умовах.
Якнайповніше використання всіх переваг комбінованого транспорту може бути досягнете при правильному обґрунтовуванні області його застосування і забезпечення раціональних умов роботи автотранспорту, залежних від числа, місця розташування в кар'єрному просторі і кроку перенесення перевантажувальних пунктів.
ЦІЛЬ І ЗАДАЧІ
Ціль – розробка раціональної схеми транспортування корисної копалини в умови кар'єру «Східний» Новотроїцького рудоуправління із застосуванням конвеєра спеціального типу.
Для досягнення вказаної цілі поставлені наступні основні задачі:
ПРАКТИЧНА ЦІННІСТЬ
Практична цінність даної роботи полягає в підвищенні ефективності транспортної системи кар'єру, яка полягає в:
ОГЛЯД І АНАЛІЗ ЛІТЕРАТУРИ
Основними факторами, що визначають розвиток кар'єрного транспорту, є гірничо-геологічні і гірничотехнічні умови розробки, що систематично погіршуються. Відомо, що розвиток відкритого способу розробки супроводжується зростанням концентрації виробництва, збільшенням глибини і просторових розмірів кар'єрів, відстані і складності транспортування гірничої маси. Визначаючим при цьому є показник глибини кар'єрів.
Основним видом технологічного транспорту при видобутку корисних копалин відкритим способом залишається автомобільний. Він використовується для перевезення приблизно 80% всієї гірничої маси у всьому світі, у тому числі в США і Канаді – 85%, в Південній Америці – 85%, в Австралії – майже 100%, в Південній Африці – більше 90%. В Росії і країнах СНГ питома вага кар'єрного автотранспорту з урахуванням всіх підгалузей гірничодобувної промисловості наблизилася до 75% і в найближчій перспективі ростиме за рахунок розширення відкритого способу видобутку вугілля.
Об'єми транспортування гірничої маси з використанням конвеєрного транспорту на підприємствах Канади, США, Австралії, Чилі і інших країн в даний час складають до 50% від загального об'єму здобичі мінеральної сировини. Ефективність застосування конвеєрного транспорту доведена численними науковими і проектними розробками і, частково, досвідом експлуатації на кар'єрах Росії, України, Узбекистану. Разом з тим, частка конвеєрного транспорту не перевищує 10% в загальних об'ємах перевезення скельної гірничої маси на кар'єрах країн СНГ. Проблема полягає у відмінності технологічних підходів.
В технологічних схемах з відкритим розміщенням конвеєрів стаціонарні і пересувні дробильно-перевантажувальні комплекси примикають безпосередньо до стаціонарних конвеєрних підйомників, що вимагає додаткового рознесення борту кар'єру або залишення постійних целіків під майданчики для їх розміщення. Рознесення бортів кар'єру збільшує об'єм вскриші, в целіках порід втрачається частина корисної копалини, що знижує конкурентоспроможність конвеєрного транспорту. Та все ж основною тенденцією для відпрацювання глибоких горизонтів кар'єрів із застосуванням конвеєрного транспорту є перехід від стаціонарних дробильно-перевантажувальних пунктів до пересувних дробильно-перевантажувальних комплексів, за рахунок мобільності яких забезпечується наближення конвеєрного транспорту до робочої зони кар'єру, що інтенсивно розвивається, шляхом оперативного перенесення блоків комплексів у міру поглиблення гірничих робіт.
Іншим важливим напрямом підвищення ефективності і конкурентоспроможності конвеєрного транспорту є використання крутопохилих конвеєрів. В ІГД УрО РАН виконаний великий об'єм досліджень по обґрунтовуванню сфер раціонального застосування таких конвеєрних підйомників, а також розробці їх оптимальної конструкції [7].
Як показують розрахунки, більш висока вартість крутопохилих конвеєрів в порівнянні з конвеєрами звичайної конструкції швидко окупається за рахунок високих техніко-економічних показників.
Порівняння крутопохилого конвеєра з конвеєром звичайного типу показує, що вага останнього в 3-4 рази більше, що обумовлює велику вартість його виготовлення і великі габарити по довжині.
Крутопохилі конвеєри використовуються у вугільній і гірничорудній промисловості, на підприємствах будівельної і вогнетривкої промисловості, на зернових складах і в харчовій промисловості. Ці конвеєри широко використовуються при поєднанні транспортування з різними технологічними операціями.
Існує велика різноманітність конструкцій крутопохилих конвеєрів. При їх створінні головним питанням є питання утримання вантажу, що транспортується, на стрічці. По цій ознаці всі конструкції крутопохилих конвейрів можна розділити на декілька основних груп:
Заслуговує уваги розвиток уявлень про стратегію формування транспортних систем кар'єрів. Існуюча основна концептуальна схема формування транспортних систем глибоких кар'єрів сформульована член-кор. Яковльовим В. Л. і полягає в одночасному застосуванні декількох видів транспорту, їх комбінацій і переході від одних схем транспортування до інших. При цьому області ефективного застосування різних видів транспорту цілком безумовно зоньовані для різних гірничотехнічних умов, зокрема, по висоті підйому, відстані транспортування гірничої маси і т.п. Ці зони, хоча і відрізняються по висоті для різних груп кар'єрів, мають певні межі, що дозволяє говорити про переважні умови застосування різних видів і схем транспорту в глибоких кар'єрах. Це, у свою чергу, визначає момент переходу на інший вид транспорту або застосування комбінації окремого виду транспорту [7].
Пошук можливих резервів ресурсозберігання повинен враховувати специфіку діючих кар'єрів і знов освоюваних родовищ, а також техніко-економічні показники при вдосконаленні існуючих і розробці принципово нових технологій і устаткування з метою інтенсифікації процесів видобутку корисних копалин [2].
Стрічковий конвеєр є складною технічною системою, що складається з ряду механічних і електромеханічних пристроїв, які, у свою чергу, включають безліч вузлів і деталей.
При дослідженні надійності стрічкового конвеєра необхідно спільно розглядати структури двох різних рівнів: рівня надійностних процесів і рівня системи виробничої і технічної експлуатації [9].
РОЗРОБКИ ПО ТЕМІ
В перші роки відробітку кар'єру по затвердженій схемі, коли дальність доставки вапняку автотранспортом до перевантажувального майданчика була відносно невелика, це рішення було прогресивним, економічно доцільним в порівнянні з іншими розглянутими проектними рішеннями.
З поглибленням гірничих робіт на кар'єрі, відстань транспортування вапняку автосамоскидами на перевантажувальний майданчик збільшується, при цьому значно ростуть витрати дизпалива і трудомісткість робіт.
На підставі виконаного аналізу теоретичних робіт і вивчення існуючої схеми транспорту на кар'єрі можна виділити наступні недоліки її експлуатації:
Розвиток відкритого способу розробки супроводиться зростанням концентрації виробництва, збільшенням глибини і просторових розмірів кар'єру, відстані і складності транспортування гірничої маси.
Найбільш важливий визначальний критерій при оцінці відкритої здобичі – це собівартість транспортування. Проте в перехідний період ринкової економіки вона сильно залежить від факторів, значна частина з яких є кон'юнктурною. До них відносяться, наприклад, ціни на нафту і електроенергію, рівень середньої заробітної платні і інші. У зв'язку з цим на теперішньому етапі цей показник не слід абсолютизувати. В цьому значенні продуктивність обслуговуючого персоналу є істотною характеристикою.
При обґрунтовуванні застосування різних видів транспорту домінуючим є прагнення до зменшення транспортних витрат в кар'єрі. При цьому слід брати до уваги також інші технічні і технологічні параметри. Дослідженнями встановлено, що раціональна сфера того або іншого виду транспорту може бути обмежена залежно від двох основних факторів: продуктивності виїмочно-вантажного комплексу і відстані транспортування.
Крім того, при загальній оцінці необхідно взяти до уваги деякі якісні характеристики: категорія і умови праці під час експлуатації даного виду кар'єрного транспорту, необхідна кваліфікація обслуговуючого персоналу, ступінь агресивної дії на оточуюче середовище у вигляді шуму і відходів, можливість обслуговування інших споживачів транспорту і інше.
З рис.1 видно, що при обмеженій продуктивності раціонально застосування автотранспорту навіть на великі відстані; при достатньо великій продуктивності кар'єру конвеєрний транспорт виявляється вигідний навіть при малих відстанях перевезень [10].
Капітальні витрати на автомобільно-конвеєрний транспорт вище, ніж на автомобільний, але дещо нижче, ніж на автомобільно-залізничний, і порівняно з останнім погашаються в більш короткий термін.
Рисунок 1 – Області застосування різних видів транспорту залежно від продуктивності кар'єру А і відстані транспортування: 1 – залізничний транспорт; 2 – автотранспорт; 3 – конвеєрний транспорт; 4 – канатні лінії
Таким чином, з урахуванням гірничотехнічних і гірничогеологічних умов кар'єру, доставку гірничої маси пропонується здійснювати по наступній схемі: з нижніх горизонтів до бортів кар'єру – автотранспортом; з бортів кар'єру на поверхню – конвеєрним транспортом.
Дослідження залежності параметрів крутопохилого стрічкового конвеєра від величини кута його нахилу
Одним з прогресивних напрямів в області вдосконалення машин безперервного транспорту і розширення області їх застосування є розробка і упровадження в різних галузях промисловості нових конструкцій крутопохилих конвеєрів [11].
Це можна пояснити тим, що використання крутопохилих конвеєрів дає значну економію засобів за рахунок зменшення довжини конвеєра, зниження об'єму підготовчих і капітальних робіт, а також зменшення експлуатаційних витрат в порівнянні з транспортуванням вантажу на ту ж висоту за допомогою конвеєрів звичайної конструкції.
Основною проблемою, що виникає при збільшенні кута нахилу, є спосіб утримання вантажу на несучому органі конвеєра, оскільки при збільшенні кута більш “критичного” сила тертя вантажу об несучий орган стає менше подовжньої складової ваги вантажу, який починає ковзати вниз [8].
Одним з основних питань при визначенні продуктивності крутопохилого конвеєра є знаходження оптимальних параметрів вантажонесучого органу, що забезпечує максимальний об'єм «порції» вантажу перед підпірним елементом і, таким чином, максимальну продуктивність, т/ч:
 |
(1) |
де v – швидкість руху вантажонесучої стрічки, м/с;
q – погонна маса вантажу, кг/м.
(2)
де V – об'єм вантажу перед підпірним елементом, м3;
l – відстань між підпірними елементами, м;
γ – насипна щільність, т/м3.
Кут нахилу підпірних елементів до площини вантажонесучої стрічки доцільно приймати рівним 900, оскільки збільшення його приводить до зниження продуктивності конвеєра [12].
Встановимо залежність параметрів крутопохилого стрічкового конвеєра від кута його нахилу, реалізувавши наступні задачі:
Проведемо розрахунок висоти складеної і незнімної перегородки (рис.2) для стрічки з шириною В=1200 мм при кутах лотковості стрічки α1=200; α2=300; α3=400 відповідно на прикладі крутопохилого стрічкового конвеєра, мм:
| a1=(d-100)*sin α=(360-100)*sin 200=89 | |
| a2=(d-100)*sin α=(360-100)*sin 300=130 | (3) |
| a3=(d-100)*sin α=(360-100)*sin 400=167 |
де d – довжина похилої частини стрічки, мм
По нижче приведених формулах [11;13] визначаємо об'єм і довжину вантажу, який утримується однією перегородкою (рис.3;4) при різних кутах нахилу установки і кутах лотковості стрічки. Отримані результати внесемо в таблицю 1 і побудуємо по них залежність: V=f(β), h=f(β) (рис.5).
 |
(4) |
 |
(5) |
де β – кут нахилу конвеєрної установки, град;
φ – кут природного укосу, град;
h – довжина розташування вантажу на стрічці, яка утримується однією перегородкою, м;
V – об'єм вантажу, який утримується однією перегородкою, м3;
b=480, с=199мм – геометричні розміри перегородки для стрічки з шириною В=1200 мм.
Рисунок 2 – Схема перегородки: а) в робочому стані; б) в неробочому стані; в) товщина перегородки
Рисунок 3 – Розташування вантажу на стрічці з перегородкою
Рисунок 4 – Ділянка стрічки з перегородкою і масою вантажу
Таблиця 1 – Результати розрахунку об'єму і довжини вантажу, який утримується однією перегородкою
По формулах (1), (2) розраховуємо погонну масу вантажу і продуктивність стрічкового крутопохилого конвеєра при різних кутах його нахилу і кутах лотковості стрічки, посилаючись на результати таблиці 1. Отримані дані внесемо в таблицю 2 і побудуємо залежність Q=f(β) при різних кутах лотковості стрічки (рис.6).
Для розрахунків приймаємо відстань між перегородками l=1 м, насипну щільність γ=1500 кг/м3. У випадку α3=400, β=250 отриманий результат не відповідає заданим умовам (h>l, де l=1), тому в цьому випадку необхідно збільшити відстань між підпірними елементами.
Рисунок 5 – Зміна об'єму (а) і довжини (б) вантажу від кута нахилу конвеєра при різних кутах лотковості стрічки.
Таблиця 2 – Залежність погонної маси вантажу і продуктивності крутопохилого стрічкового конвеєра від кута його нахилу
Рисунок 6 – Зміна продуктивності конвеєра від кута його нахилу при різних кутах лотковості стрічки (дане зображення анімоване, технічні дані: 4 кадри; 5 повторень)
ВИСНОВКИ
Виходячи з поставлених задач можна зробити такі висновки:
ПЕРСПЕКТИВИ ПОДАЛЬШИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
Надалі увага буде зосереджена на отримання повної моделі надійності крутопохилого конвеєра, а також системної моделі надійності всієї транспортної системи кар'єру.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ