Организация перевозок в условиях угольного разреза

Неоспоримой тенденцией развития мировой горной промышленности на обозримую перспективу считается ориентация на открытый способ разработки, как обеспечивающий наилучшие экономические показатели.

Комплекс средств транспортирования горной массы при открытом способе разработки месторождений включает следующие основные виды карьерного транспорта:

1) железнодорожный — подвижной состав состоит из электровоза, тепловозов, паровозов и саморазгружающихся вагонов — думпкаров;

2) автомобильный — широко применяемый на карьерах различной производственной мощности; подвижной состав — автосамосвалы, углевозы, автотягачи с прицепами и полуприцепами, троллейвозы, дизель-троллейвозы и дизель-электрические самосвалы;

3) конвейерный — весьма перспективен благодаря непрерывности процесса, высокой производительности установок и способности транспортировать материал при угле подъема до 18^? (при специальных конструкциях конвейеров — до 35^?), что приводит к сокращению длины транспортных коммуникаций на карьере и уменьшения объема горно-капитальных работ.

Широкое распространение на открытых разработках горнодобывающих отраслей получил автомобильный карьерный транспорт. Применение автотранспорта в горном деле подтверждает его высокие техника — экономические показатели при использовании в сложных условиях: глубокое или сложное залегание полезных ископаемых, разработка месторождений с ограниченными запасами (при ограничении размеров в плане до 2,5км) или малым сроком эксплуатации. Автотранспорт рационально использовать в карьерах с небольшими объемами производства (примерно 50.90 млн. т/год) при расстоянии транспортировки грузов 3…5 км.

Основу автомобильного карьерного транспорта составляют самосвалы. Используют также выемочно-транспортирующие машины — скреперы (при совмещении экскавационных работ) и подъемно-транспортное оборудование — фронтальные погрузчики (особенно на схемах разработки с применение драглайна или кранлайна).

Автосамосвалы имеют свои преимущества перед конвейерным транспортом в условиях транспортировки горной породы с разными физико-механическими свойствами. При этом в отличии, например, от железнодорожного транспорта достигается упрощение процесса отвалообразования, есть возможность передвигаться по относительно крутым подъемам автодорог за счет сокращения длины транспортных коммуникаций. Основные недостатки автотранспорта — цикличность, зависимость от состояния дорог, загрязнения атмосферы отработанными газами, высокие энергоемкость и эксплуатационные затраты.

Современный этап развития карьерного автотранспорта характеризуется внедрением и освоением комплексной, системной автоматизации, осуществляющей контроль, учет, планирование, управление и анализ работы этого оборудования с целью добиться предельно высоких эксплуатационных характеристик карьерного автотранспорта.

Характеристика полигона

На заданном полигоне представлены отвал (пункт Г), угольный склад (пункт А), забои Б и В. По заданной схеме полигона и объемам перевозок строим диаграмму перевозок. Диаграмма перевозок строится с учетом правостороннего движения груза в виде прямоугольников, в масштабе 1 мм = 100тыс.т. Диаграмма перевозок представлена в приложении А.

Объемы перевозок и производительность погрузочных механизмов по существующей технологии

Объемы перевозок вскрышных пород и каменного угля и расстояния перевозок по существующей технологии представлены на схеме транспортных связей в приложении Б.

Характеристика пород вскрыши

Для выбора параметров и расчета производительности различных горных машин, показателей технологических процессов, определения производственной мощности добывающего предприятия, его отдельных забоев и участков, планирования и безопасности ведения горных работ широко используют физико-технологические свойства горных пород.

При ведении горных работ горные породы подразделяют на скальные, полускальные, плотные, мягкие, сыпучие, разрушаемые. Породы характеризуются различными горнотехнологическими свойствами — крепостью, абразивностью, твердостью, контактной прочностью, сопротивляемостью резанью, буримостью, взрываемостью и другими Физико — механические свойства горных пород определяют выбор их выемки. Все горные породы как вскрышные, так и полезные ископаемые по трудности их разработки делятся на четыре группы.

В данном проекте рассматриваются горные породы четвертой категории — это скальные породы.

К этой группе относятся все твердые осадочные, изверженные и метаморфические породы, не поддающиеся отделению от массива без предварительного рыхления.

Характеристика горных пород :

— горная порода IV категории;

— способ разработки — с частичным разрыхлением (взрыванием);

— состав породы: смесь отвальных пород: песчаник, алевролит, аргиллит, суглинок;

— средняя расчетная плотность породы — с = 1,4 т/м³;

— коэффициент разрыхления горной массы — k_р = 1,1

— коэффициент наполнения ковша — k_нк = 0,8

Характеристика углей

Требования промышленности к качеству углей определяются их химическим составом и технологическими свойствами соответственно области использования.

Основными показателями, характеризующими качество углей, являются: элементарный состав угля (содержание углерода, кислорода и азота), зольность, влажность, выход летучих веществ при нагревании (без горения), содержание серы, теплотворная способность, спекаемость угля, выход продуктов полукоксования, удельный вес и плавкость золы.

Качество углей определяется их промышленной классификацией и потребительскими стандартами.

В основу деления углей на технологические марки и группы положены: для каменных углей — выход летучих веществ и спекаемость; для антрацитов и полуантрацитов — вход летучих веществ и теплотворная способность; для бурых углей — содержание влаги.

На марки углей установлены стандарты. Существует также классификация углей по величине кусков. Уголь, добываемый открытым способом, не должен содержать куски размером более 300 мм. Марка угля устанавливается для каждого угольного пласта, при незначительной изменчивости угля — для отдельных его участков.

Разрез добывает каменный уголь следующих марок: ОС, КС, ТР, ОК, ТОМ (тощий, орех, мелкий), ТКО (тощий, крупный, орех), ТМСШ (тощий, мелкий, семечко, штыб).

Характеристика каменного угля марки ТР (рядовой):

· плотность с = 2,7 т/м³;

· коэффициент разрыхления — k_р = 1,3

Характеристика дорожной сети

На диаграмме грузопотоков определяем максимально — загруженное звено, считаем объём перевозок брутто.

(1)

где Q_max— объём перевозок по максимально загруженному звену, А_у , — годовое количество углевозов, работающих на данном звене, А_п — годовое количество породовозов, работающих на данном звене, М_сн.у., М_сн.п — масса снаряжённого автомобиля для перевозки угля и породы.

Количество автомобилей необходимых для перевозки груза по участку определяется по формуле

(2)

где, А — количество автомобилей по углю и по породе,

Q — объём перевозок на данном типе автомобилей, г_ст — коэффициент статического использования грузоподъёмности (гст=1),

n_об — количество оборотов,

n_см — количество рабочих смен (n_см=2)

(3)

где Т_мар=10 час. — время на маршруте,

t_об — время оборота,

(4)

где l_ег — длина расчётного звена, в — коэффициент использования маршрута (в=0,5),

V_гр — скорость движения в груженом состоянии (V_гр=26км),

t_пр — время простоя под грузовыми операциями (t_пр=0,3ч).

Характеристика автомобильных дорог

К карьерным технологическим автодорогам горнодобывающих предприятий относятся дороги, предназначенные для движения автотранспортных и других средств, обеспечивающих технологический процесс ведения горных работ.

Карьерные автомобильные дороги относятся к внутренним автодорогам промышленных предприятий и должны обеспечивать кратчайшее расстояние перевозок, требуемые пропускную способность и безопасность движения транспорта, подъезды к зданиям и сооружениям, а также примыкание к внешним автодорогам. По месту расположения автодороги подразделяются на:

а) забойные, устраиваемые на рабочих горизонтах разреза;

б) отвальные, устраиваемые на отвальных ярусах породных отвалов;

в) траншейные, устраиваемые во въездных траншеях;

г) поверхностные, устраиваемые для соединения разреза с породными отвалами, угольными складами, промплощадками обогатительных фабрик и т. д.

По расчетной грузонапряжённости перевозок до 5 млн. т. в год и общему назначению дороги принимается технологическая автодорога третьей категории.

Технологические автомобильные дороги кратковременного действия, расположенные на уступах разрезов, на поверхности в пределах разработок и на отвалах, а также выездные дороги с рабочих уступов разрезов со сроком действия от года до 3-х лет и с расчетной грузонапряженностью до 15 млн. т/год проектируются по нормам III категории. При проектировании мостов и труб под технологические автодороги руководствуются СН и П 2.05.03−84, СН и П III-43−75 и другими действующими нормативными документами. Расчетные скорости движения по карьерным автодорогам для проектирования принимаются по таблице 1.

Таблица 1 — Расчетные скорости движения на автодорогах, км. час.

Поверхность покрытия карьерных автомобильных дорог должна быть ровной, обеспечивающей движение автомобиля с расчетной скоростью. Поперечный профиль автодорог проектируется с открытым водоотливом в соответствии с требованиями СН и П 2.05.07−85. Проезжая часть принимается с двухскатным поперечным профилем на прямолинейных участках дорог, а также на кривых участках в плане радиусом свыше 300 м. Поперечные уклоны проезжей части при двухскатном поперечном профиле выполняются в зависимости от вида дорожного покрытия .

Для участков дорог, располагаемых в горной местности и на транспортных бермах в разрезах, поперечный профиль проезжей части допускается проектировать односкатным, с уклоном 20‰ в сторону вышележащего уступа. На кривых участках в плане радиусом 300 м и менее предусматривается устройство виражей с односкатным поперечным профилем к центру кривой.

Устройство виражей допускается не предусматривать на карьерных дорогах краткосрочного действия (при сроке службы до одного года). Поперечные уклоны проезжей части на вправках принимаются по таблице 2, при этом уклоны виража должны быть не менее поперечных уклонов покрытия на прямых участках.

Таблица 2 — Поперечные уклоны проезжей части

При радиусах кривых в плане до 500 м предусматривается уширение проезжей части с внутренней стороны кривой за счет обочин, при этом ширина обочин после уширения проезжей части должна быть на дорогах III-й категории — не менее 0,5 м.

Продольные уклоны карьерных автодорог принимаются в соответствии с ТУ на автомобиль. При большой протяженности участков дорог с продольными уклонами предельно допустимых значении необходимо предусматривать через каждые 600 м вставки длиной не менее 50 м с уклонами не свыше 20‰.

Диаметр разворотных площадок следует выполнять не менее 2,5 конструктивных радиусов разворота транспортных средств по переднему наружному колесу — при расчете на одиночный автомобиль и 3,5 конструктивных радиусов разворота— при расчете на тягачи с полуприцепами.

Виды дорожных одежд автомобильных дорог

Дорожные одежды карьерных автомобильных дорог проектируются в соответствии с основными положениями СНиП 2.05−02−85, СНиП 2.05−07−85. Она должна обеспечивать основные транспортно-эксплуатационные качества покрытий; ровность, прочность и надежность сцепления с колесами автомобиля.

Дорожную одежду необходимо устраивать из материалов, стойких против разрушения от прилагаемых осевых нагрузок и воздействия погодно-климатических факторов в конкретных условиях горнодобывающего предприятия.

Вид покрытия и конструкция дорожной одежды принимаются в зависимости от категории дороги, ожидаемой грузонапряженности, состава движения и срока службы. Для дорог, имеющих ярко выраженную направленность грузовых потоков, проектирование дорожных одежд, капитального и облегченного типов следует производить раздельно для грузового и порожнего направлений движения авто транспортных средств. Типы дорожных одежд, основные виды покрытий, а также область их применения принимаются по таблице 3.

Таблица 3 — Типы дорожных одежд

В процессе эксплуатации проводятся работы по текущему содержанию постоянных технологических автодорог. Состав основных работ по текущему содержанию автодорог:

— проверка состояния и укрепление откосов земляного полотна, водоотводных канав, виражей;

— очистка водоотводных сооружений;

— заготовка щебня и других материалов для ремонта дорожных одежд;

— ликвидация пучин;

— ремонт искусственных сооружений;

— содержание в надлежащем состоянии дорожного ограждения и сигнальных знаков.

Технические характеристики автомобильных дорог на заданном полигоне

При заданном объеме перевозок постоянные и временные технологические дороги проектируются по нормам дорог I и IV категории согласно СНиП 2.05.02−85 «Промышленный транспорт». Технические характеристики автомобильных дорог на заданном полигоне сводим в таблицу 4.

Таблица 4 — Технические характеристики автомобильных дорог

Характеристика постов погрузки. Описание технологии погрузки

При погрузке автомобилей экскаваторами должны выполняться следующие условия:

1) ожидающий погрузки автомобиль должен находиться за пределами радиуса действия экскаватора и становиться под погрузку только после разрешающего сигнала машиниста экскаватора;

2) находящийся под погрузкой автомобиль должен быть заторможен;

3) погрузка в кузов автомобиля должна производиться только сзади или сбоку, перенос экскаваторного ковша над кабиной автомобиля запрещается;

4) высота падения груза должна быть минимально возможной и во всех случаях не превышать 3-х м;

5) масса глыб-монолитов не должна быть более 4—4,5 т;

6) масса глыб-монолитов не должна быть более 4—4,5 т;

7) нагруженный автомобиль должен следовать к пункту разгрузки только после разрешающего, сигнала машиниста экскаватора;

8) находящийся под погрузкой автомобиль должен быть в пределах видимости машиниста экскаватора.

Большое значение для повышения эффективности использования автомобилей имеет выбор схемы подъезда и установки машины в забое. В зависимости от условий работы экскаватора, ширины рабочей площадки, типа самосвала — эти схемы могут быть петлевыми, тупиковыми, кольцевыми, комбинированными и поточными (сквозными). Схемы подъездов и установки автосамосвалов под погрузку должны обеспечивать: минимальные затраты времени на маневрирование и загрузку автосамосвалов; безопасность работ; быстрый обмен груженых самосвалов порожними; маневрирование и развороты порожних автосамосвалов, а не груженых; наименьшую ширину рабочей площадки.

Рисунок 1 — Технологическая схема погрузки

Расчет времени погрузки

Время на погрузку вычисляют по формуле (5):

Т_погр = t_погр + t_доп (5)

где t_погр — фактическое время погрузки;

t_доп — дополнительное время на фронте погрузки.

Дополнительное время на фронте погрузке состоит из следующих параметров:

— постановка автомобиля под фронт погрузки — 60 с;

— время запаса — 120 с;

— выезд автомобиля с фронта погрузки — 40 с.

T_доп = 60 + 120 + 40 = 220 с Фактическое время погрузки вычисляют по формуле (6):

t_погр = t_ц? n_к (6)

где t_ц — время цикла экскаватора, t_ц=30с.;

n_к — число ковшей, загружаемых в кузов.

Число ковшей загружаемых в кузов, по грузоподъемности, вычисляют по формуле (7)

= (7)

где — коэффициент наполнения ковша экскаватора = 0,8;

К_РАЗР — коэффициент разрыхления; для угля 1,3 ;для породы 1,1;

V_K =5м³ — объем ковша экскаватора;

с =2,7т/м³ — плотность породы, угля.

Число ковшей загружаемых в кузов, по емкости кузова автосамосвала, вычисляют по формуле (8):

n_ko= (8)

где V_куз— емкость кузова автомобиля ;

Рассчитаем время погрузки автосамосвала экскаватором для перевозки угля на угольный склад.

Число ковшей загружаемых в кузов по грузоподъемности:

ковшей, Число ковшей загружаемых в кузов по объему:

ковшей, За фактическое число ковшей, загружаемых в кузов, принимаем меньшее из значений n_кг и n_ko; т. е. n_к =7 ковшей.

Фактическое время погрузки составит:

t_погр = 30•7=210с.

Время погрузки составит:

Т_погр = 210+220=430с.

Таблица 5 — Технологическая карта погрузки автосамосвала углем Аналогично рассчитаем время погрузки автосамосвала экскаватором для перевозки породы на породный отвал.

Число ковшей загружаемых в кузов по грузоподъемности:

ковшей Число ковшей загружаемых в кузов по объему:

ковшей фактическое число составит12ковшей.

Фактическое время погрузки составит:

t_погр = 30•12=360с.

Время погрузки составит:

Т_погр = 360+220=580с.

Таблица 6 — Технологическая карта погрузки автосамосвала породой

Характеристика постов разгрузки

Способ отвалообразования и механизация отвальных работ тесно связаны с системой разработки месторождений открытым способом. Способ отвалообразования и средства механизации отвальных работ должны обеспечивать бесперебойное складирование породы.

Породные отвалы должны иметь достаточную вместимость, находиться на минимальном расстоянии от мест разгрузки породы, располагаться на безрудных (безугольных) площадках, не препятствовать развитию горных работ в карьере и формироваться с учетом требований техники безопасности и экологии.

В комплекс отвальных работ входит разгрузка пород, планировка отвального уступа и формирование предохранительного вала.

Отвалообразования при транспортной системе разработки, как на внутренних, так и на внешних отвалах осуществляется с использованием отвальных плугов, одноковшовых экскаваторов, реже отвалообразователей. Отвалообразование с использованием бульдозеров, а также способ гидромеханизации, как правило, осуществляется на внешних отвалах. Выбор способа отвалообразования зависит от геологических условий рассматриваемого месторождения (залегание, крепость пород, максимальная мощность пласта) и от масштабов производства.

На заданном полигоне отвалообразование осуществляется с использованием бульдозеров. Различают два способа образования бульдозерных отвалов: периферийный и площадный. При периферийном способе, породу из машин разгружают вдоль отвального фронта на расстоянии 3−5 м от верхней бровки откоса отвала. Бульдозерами порода сталкивается под откос.

Для безопасного ведения работ по всему фронту разгрузочной площадки на породном (угольном) отвале отсыпается предохранительный вал высотой 0,5 диаметра колеса автомобиля максимальной грузоподъемности. С этой же целью поверхности отвала придается уклон в 3?, по направлению от бровки к центру. При площадном способе разгрузка породы производится по всей площади отвального участка, затем отсыпаемый слой планируют бульдозером и укатывают катками.

Процесс отвалообразования состоит их трех этапов;

1) разгрузки автомобилей;

2) планировки бровки отвала бульдозером;

3) устройство автодорог к зоне разгрузки.

Отвал по фронту делится на две зоны: зона разгрузки автомобилей и зона планировки бульдозером.

На границах зоны разгрузки устанавливаются знаки «разгружать здесь». Ширина зон работы определяется с учетом радиуса разворота автомобилей, но не менее 50 метров.

Если фронт разгрузки менее 50 метров, то отвалообразование ведется без разделения зон по фронту, а разделение зон производится по времени, т. е. при разгрузке автомобилей запрещаются планировочные работы и наоборот.

Площадка для размещения угольного склада располагается на основной промплощадке разреза, в не затапливаемом месте, вблизи железнодорожных погрузочных путей. Площадка отсыпана коренными скальными породами толщиной 1,5 м. Для предупреждения загрязнения угля породами основания, площадка покрыта гравием толщиной 20−30см. и тщательно утрамбована.

Для спуска воды, площадка отсыпана с уклоном 1−2? в сторону обратную от железнодорожного тупика. С восточной стороны вдоль всего склада проходит дренажная траншея, по которой вода стекает свободным дренажем от центральной части склада на его фланги.

Отсыпка угля шириной полосы не менее 25 м. начинается с нулевой отметки земляного полотна и доводится до высоты 10−12м. Уклон заезда принимается до 80‰.

Рисунок 2 Технологическая схема разгрузки

Расчет времени разгрузки

Время на разгрузку вычисляют по формуле (9):

Т_разг = t_разг + t_доп (9)

где t_разг — фактическое время разгрузки;

t_доп — дополнительное время на фронте разгрузки, состоит из следующих параметров:

— постановка автомобиля на фронт разгрузки — 80с;

— выезд автомобиля с фронта разгрузки — 40с.

T_доп = 80 + 40 = 120с Т_разг = 60+120=180с.

Таблица 7 — Технологическая карта разгрузки автосамосвала

Расчет времени оборота и потребного количества автосамосвалов

Для расчета времени оборота и количества автосамосвалов необходимо рассчитать время движения автомобиля на каждом маршруте.

Время движения автомобиля вычисляют по формуле (10):

(10)

где L_сг — длина ездки с грузом, км;

L_пор — длина порожней ездки, км;

V_г;V_пор — скорость движения автомобиля в груженом и порожнем направлениях, км/ч;

К_с — коэффициент скорости, учитывающий снижение скорости движения по различным причинам (0,8);

Время оборота автомобиля вычисляют по формуле Т_об = Т_дв + Т_погр + Т_выгр (11)

где Т_погр — время на погрузку, ч;

Т_выгрр — время на выгрузку, ч.

Количество автомобилей, необходимое в смену на каждом участке вычисляют по формуле

(12)

где — годрвой объем перевозок, тыс. т/год;

Т_дн — количество рабочих дней в году = 340;

n_см — количество смен в сутки;

Г — грузоподъемность автомобиля;

г_ст — коэффициент статического наполнения кузова, определяется по формуле

(13)

.

Количество оборотов одного автомобиля на каждом маршруте, определяется по формуле

n_об = (14)

Забой Б

n_об =

n_об =

Забой В

n_об =

n_об =

Данные расчетов сводим в таблицы 8, 9.

Таблица 8 — Объемы перевозок и время оборота по направлениям

Таблица 9 — Расчет потребного количества автомобилей для перевозок грузов

Таким образом, для транспортировки горной породы в отвал задействовано 3 автомобиля, а для перевозки угля потребовалось 2 автомобиля. Рабочий парк автомобилей составил 5 машин.

7 Определение максимального количества автомобилей, которое может обслужить экскаватор Максимальное количество автомобилей определяем по формуле (15):

А_max = (15)

Рассчитываем максимальное количество автомобилей для всех забоев, результаты расчетов сводим в таблицу — 10.

Таблица 10 — Максимальное количество автомобилей, обслуживаемое экскаватором

Определение количества дней необходимых для разработки забоя

Количество дней работы забоя вычисляют по формуле (16):

где Q_год — годовой объем перевозки по грузу (уголь или порода);

n_см — количество смен в сутки;

n_об — количество оборотов в смену;

А — максимально возможное количество автомобилей;

Г — грузоподъемность автомобиля;

г _ст — коэффициент грузоподъемности.

Рассчитываем количество дней работы в году для всех забоев, результаты расчетов сводим в таблицу 11.

Таблица 11 — Количество дней работы забоя в году

Построение фрагментов суточного плана-графика

Фрагменты суточного плана-графика представлены в приложениях В, Г, Д.

Заключение

По результатам расчётов получено необходимое количество породовозов 3 машины, углевозов 2 машины; максимальное количество породовозов для забоя Б 4 машины, для забоя В 4 машины; максимальное количество углевозов для забоя Б 4 машины, для забоя В 4 машины. Время оборота породовоза получено: для забоя Б 46 мин., для забоя В 40 мин.; время оборота углевоза получено: для забоя Б 33 мин., для забоя В 33 мин. Для забоя Б необходимое количество Т_дн для вывоза породы составит 139 дней при использовании максимального количества автомобилей, для вывоза угля понадобится 48 дней при использовании максимального количества автомобилей. Для забоя В необходимое количество Т_дн для вывоза породы составит 79 дней при использовании максимального количества автомобилей, для вывоза угля понадобится 48 дней при использовании максимального количества автомобилей.

По результатам расчётов среднее время простоя породовоза 0ч, среднее время простоя углевоза 0ч, среднее время простоя экскаватора 129,5ч.

карьерный автотранспорт погрузочный породовоз