16.01.2021

Методика выбора рациональных схем транспорта при реконструкции карьеров


В современных условиях при выемке и перемещении в карьерах огромных объемов горной массы и понижении работ на значительную глубину транспорт часто является определяющим звеном при выборе способа вскрытия месторождения и системы разработки, влияющим на масштабы работ и экономику предприятия в целом.

Многие отечественные рудные карьеры являются уникальными по масштабу работ и глубине разработки. Анализ работы крупных карьеров показывает, что в отдельных случаях затраты на транспортирование в общей себестоимости горной массы превышают 50—60%. В связи с этим весьма важно правильно выбрать способ откатки и средства транспорта с тем, чтобы сохранить достаточно высокую производственную мощность карьера и интенсивность разработки, сократить объемы горно-капитальных работ и уменьшить длину транспортных коммуникаций, по которым горная масса доставляется на поверхность.

На современных рудных карьерах наибольшее распространение получил железнодорожный, автомобильный, конвейерный и комбинированный транспорт. Каждый вид карьерного транспорта рационально используется в границах определенной рабочей зоны карьера. В связи с изменениями горнотехнических условий разработки на карьерах периодически возникает вопрос о совершенствовании действующих транспортных схем и переходе на комбинированные виды транспорта.

Проф. М.В. Васильев считает, что переход на комбинированный транспорт на карьерах осуществляется в период, когда ухудшаются технико-экономические показатели действующего вида транспорта или сдерживается дальнейшее развитие горных работ. В табл. IV.6 приведены основные причины, вызывающие необходимость перехода на другие виды транспорта по М.В. Васильеву).

Таким образом, переход на более рациональные виды транспорта связан с необходимостью реконструкции карьера и является одним из способов технического перевооружения горного предприятия.

Комбинированный транспорт на современных карьерах является одним из наиболее прогрессивных видов при решении транспортной проблемы. Рациональное использование преимуществ каждого из видов транспорта, входящих в комбинацию, позволяет получить высокий производственный эффект, выражающийся в снижении капитальных вложений и уменьшении себестоимости добываемого полезного ископаемого. Комбинированный транспорт позволяет увеличить экономически выгодную глубину разработки, ускорить ввод в эксплуатацию карьера и его отдельных горизонтов, снизить объемы транспортируемых пустых пород и интенсифицировать процесс разработки месторождений.

Наибольшее распространение получили следующие виды комбинированного транспорта: автомобильно-железнодорожный; автомобильно-скиповой и автомобильно-конвейерный.

Автомобильный и железнодорожный виды транспорта широко применяются как самостоятельно на отдельных участках карьеров, так и в сочетании с непосредственной перегрузкой горной массы из автосамосвалов в думпкары или с использованием экскаваторных перегрузочных пунктов.

Для доставки горной массы с глубоких горизонтов карьеров внедряется скиповой транспорт. Освоение конвейерного транспорта при разработке скальных пород позволит перейти многим рудным карьерам на циклично-поточную технологию.

Поскольку переход на новые виды транспорта связан с определением рациональных границ применяемых на карьере видов транспорта, необходим, комплексный учет ряда факторов, главными из которых являются: размеры карьера в плане, глубина отработки месторождения, темпы углубки карьера, расстояния транспортирования. Так как от вида транспорта зависят затраты на доставку и на горные работы, необходим всесторонний техникоэкономический анализ рассматриваемых вариантов.

Методику выбора карьерного транспорта следует рассматривать как методику комплексную, представляющую собой синтез графических построений и расчетов, на базе которых последовательно для выбранных вариантов решаются задачи, обусловленные технологическими особенностями транспортных средств.

Основные положения методики сводятся к следующему:

1. Для сравнения выбираются варианты транспорта, конкурентоспособные в условиях данного месторождения.

2. Для каждого варианта транспорта устанавливаются способы вскрытия, отвечающие характерным технологическим особенностям применения данных транспортных средств; для глубоких карьеров должно предусматриваться использование комбинированных видов транспорта.

3. Анализируется режим горных работ по вариантам с использованием графиков V = f(P), где V — нарастающий объем породы или горной массы, млн. м3, P — нарастающий объем руды, млн. мэ, отрабатываемый по мере углубки карьера.

4. Для каждого варианта устанавливаются объемы работ по годам, соответствующие затраты на горные работы и извлекаемая ценность.

5. По вариантам транспорта определяются расстояния транспортирования, производительность транспортных средств, их число по годам с учетом выбывания по износу, затраты на их приобретение и годовые текущие затраты на транспортирование.

6. Устанавливаются общие капитальные и эксплуатационные затраты или прибыль по годам эксплуатации.

7. В соответствии с Типовой методикой годовые затраты или годовая прибыль приводятся к одному моменту оценки и суммируются. Рациональный вид транспорта соответствует минимальным суммарным приведенным затратам или максимальной суммарной приведенной прибыли.

8. Строятся зависимости изменения годовых приведенных затрат или годовой прибыли с глубиной по вариантам. Совместный анализ вариантов позволит установить эффективные границы использования различных транспортных средств.

9. Если при сравнении вариантов транспорта вопрос о производственной мощности карьера не решен, то кроме перечисленных исследований необходимо установить темпы понижения горных работ по вариантам с использованием графиков L = f(T) и максимальную по горнотехническим условиям производственную мощность карьера.

В соответствии с изложенными принципиальными положениями зоны рационального использования карьерного транспорта определяются конкретно для каждого месторождения.

Разработанная методика выбора рационального вида транспорта и установления границ эффективного его использования значительно отличается от существующих. Эта методика позволяет учесть все основные влияющие факторы и обеспечивает необходимую точность расчетов. Она предусматривает комплексный повариантный анализ изменения по годам суммарных приведенных затрат на доставку и на горные работы, обусловленных технологическими особенностями транспортных средств. Рассмотрим примеры.

К моменту начала реконструкции Кальмакырского карьера распределение запасов руды по горизонтам обусловливало необходимость понижения горных работ со скоростью 10—12 м/год. Однако существующий на карьере железнодорожный транспорт не позволял достигнуть скорости углубки более 7—8 м/год. Кроме того, при дальнейшем понижении горных работ проблема путевого развития значительно усложнялась.

В этих условиях был рассмотрен вариант перехода на комбинированный транспорт с использованием комплексной методики. При переходе на комбинированный автомобильножелезнодорожный транспорт используются автосамосвалы БелАЗ-548. Оборудование железнодорожного транспорта остается прежнее и зона его действия ограничивается гор. 625 м, где оборудуется перегрузочный пункт. По мере углубления работ перегрузочный пункт переносится на гор. 595, 565 и 495 м. Погрузка руды и породы на участке Ак-Чеку производится на автомобильный транспорт в течение всего срока эксплуатации.

Горизонты вскрываются короткими разрезными траншеями, расположенными по простиранию рудного тела. Как показали исследования, рациональным является направление углубки на участке Ак-Чек от XV к XX продольному разрезу на юго-запад.

Исследование режима горных работ производилось с помощью графиков V = f(P), показывающих в данном случае зависимость между нарастающими объемами горной массы V и нарастающими объемами руды P по мере отработки карьера. На рис. IV.1 показаны кумулятивные графики V = f(P), построенные для двух сравниваемых вариантов транспорта в расширяемом контуре карьера.

Анализ режима горных работ показал, что вариант с комбинированным транспортом имеет значительные преимущества с точки зрения распределения во времени объемов пустых пород. Это подтверждается графиками V = f(P), представленными на рис. IV.1. Применение автомобильного транспорта значительно упрощает вскрытие нижних горизонтов и обеспечивает необходимую скорость углубки карьера.

Для участка Ак-Чеку развитие горных работ по рекомендованному направлению углубки позволяет уменьшить первоначальные объемы вскрыши, разрабатываемые до начала добычи РУДЫ.

Для окончательной оценки существующей технологии и рекомендуемого варианта развития горных работ были составлены календарные планы карьера с расширенными контурами. Варианты календарных планов представлены на рис. IV.2.

Анализ календарных планов показывает, что работу наиболее благоприятного участка (собственно Кальмакырского карьера) можно продлить на 5 лет по сравнению с принятой технологией, соответственно отодвинув срок ввода менее благоприятного участка Ак-Чеку; в течение первых 15 лет работы карьера после реконструкции объемы вскрыши можно сократить на 17%. Эти объемы будут отработаны позднее, что обеспечит большую экономию средств.

При сравнении вариантов транспорта учитывались следующие технико-экономические показатели. Комбинированный транспорт требует строительства перегрузочного пункта с последующим переносом его на соответствующие отметки. Перегрузка может осуществляться с двусторонних эстакад. Удельный вес автомобильного транспорта в общем объеме перевозок возрастет до 90% к 1977 г. Себестоимость перегрузки принята 1,5 коп/м3.

В табл. IV.7 приведены расстояния транспортирования и себестоимость перевозки за период работы карьера по сравниваемым вариантам.

С учетом изменения во времени затрат на перевозку определены эксплуатационные удельные затраты на вскрышу и добычу, изменяющиеся в следующих пределах: железнодорожный транспорт — руда 0,351—0,483 руб/т; порода 0,745—1,09 руб/м3; комбинированный — руда 0,327—0,433 руб/т; порода 0,686— 0,98 руб/м3.
Методика выбора рациональных схем транспорта при реконструкции карьеров

В расчетах для существующего железнодорожного транспорта учтено повышение затрат на откатку горной массы из-за снижения производительности погрузочно-транспортного оборудования и усложнения путевого развития с глубиной. Себестоимость повышалась на 3% на каждые 60 м углубки карьера.

При определении капитальных затрат учитывалось неравенство максимальных годовых объемов горной массы по вариантам.

Для варианта с комбинированным транспортом определялись затраты: на приобретение автосамосвалов БелАЗ-548; на строительство перегрузочных пунктов; на приобретение локомотивов, думпкаров, экскаваторов и буровых станков; на строительство железнодорожных коммуникаций.

Для варианта с железнодорожным транспортом определялись затраты на приобретение недостающих локомотивов, думпкаров, экскаваторов и буровых станков, на строительство железнодорожных коммуникаций.

Эксплуатационные и капитальные затраты, изменяющиеся по годам, приводились к одному моменту оценки. Норматив для приведения разновременных затрат был принят равным 0,10, а нормативный коэффициент эффективности капиталовложений — 0,15.

Суммарные приведенные затраты для рекомендуемого варианта с комбинированным транспортом равны 220,86 млн. руб. При доработке месторождения с использованием на Кальмакырском карьере только железнодорожного транспорта приведенные затраты составляют 246,06 тыс. руб.

Таким образом, переход на комбинированный автомобильножелезнодорожный транспорт на Кальмакырском карьере обеспечит общую экономию приведенных затрат в размере 25,2 млн. руб.

Целесообразность применения комбинированного транспорта доказана также для карьера «Рудный-1». Его карьерное поле представляет собой равномерно распределенные в пространстве рудные зоны, однотипные по содержанию металла. Глубина карьера равна 300 м.

По проекту карьер разрабатывается в две очереди; вторая очередь планируется с глубины 200 м при увеличении производственной мощности по руде вдвое. До глубины 200 м в карьере принят автомобильный транспорт (автосамосвалы БелАЗ-540). Руда на поверхности карьера перегружается в железнодорожные составы и транспортируется на обогатительную фабрику. Порода перевозится во внешние отвалы автосамосвалами. Среднее расстояние откатки превышает в настоящее время 3,5 км. Анализ перспектив развития горных работ в карьере показал, что среднее расстояние транспортирования увеличится до 9—10 км.

Учитывая современное состояние и ближайшие перспективы развития транспорта были рассмотрены следующие его варианты:

Во всех технологических схемах для доставки руды на поверхности от перегрузочного пункта до обогатительной фабрики принимался железнодорожный транспорт.

Условиям разработки месторождения удовлетворяют следующие виды оборудования: шесть скиповых подъемников СНК-27, одна конвейерная линия конструкции ВНИИПТмапг. Ширина ленты 2000 мм, скорость движения 2,5 м/с. Лента резинотросовая, разрывной прочностью 5000 кгс/см. Отвалообразователь ОШ-4500/90 с укороченной отвальной консолью.

Возможность и эффективность использования конвейеров во многом зависят от выхода транспортабельных фракций размером менее 400 мм. В связи с этим технико-экономическому сравнению вариантов транспорта предшествовал анализ гранулометрического состава взорванной горной массы. Результаты анализа показали, что суммарный выход негабаритных фракций снижается до 3—4%. Низкий выход нетранспортабельной фракции свидетельствует о благоприятных условиях работы конвейеров. В этом случае целесообразно ограничиться устройством на концентрационных горизонтах лишь грохотильных установок, отделяющих от перегружаемого на конвейер материала фракции размером +400 мм.

При технико-экономическом сравнении вариантов принимались следующие исходные показатели: фактические постоянные и переменные расходы на транспортирование автосамосвалами БелАЗ-540 соответственно равны 2,3 руб/ч и 0,41 руб/км; для автосамосвалов БелАЗ-548 указанные расходы снижены на 15%.

Для скипового подъема: стоимость подъемной машины равна 227 тыс. руб., стоимость горно-строительных работ —337 тыс. руб., капитальные затраты по одному подъемнику составили 1219,4 тыс. руб.; максимальные годовые эксплуатационные расходы по одной скиповой установке равны 1687 тыс. руб.

Для конвейерного подъема: длина одного става наклонного конвейера в карьере равна 220 м, на поверхности — 800 м, на отвале — 1000 м; срок службы ленты 1,5 года; максимальные годовые капитальные затраты на конвейерный транспорт равны 922 тыс. руб., эксплуатационные расходы — 4543 тыс. руб.

Технико-экономическое сравнение вариантов по разработанной методике показало, что при достижении глубины карьера 100—120 м наиболее эффективным является применение комбинированного автомобильно-конвейерного транспорта на породе и автомобильного — на руде. До этой глубины все сравниваемые виды транспорта равноценны. Скиповой транспорт становится целесообразным в сравнении с существующим автомобильным (БелАЗ-540) лишь при достижении глубины работ порядка 200 м. Изменение суммарных приведенных затрат по видам транспорта показано на рис. IV.3.

Использование автосамосвалов большой грузоподъемности (75 т и выше) повысит их сравнительную эффективность и расширит границы рационального использования.

Комбинированный автомобильно-железнодорожный транспорт оказался целесообразным на одном из карьеров. Данным карьером разрабатывается месторождение ценных руд, представленное залежью столбообразной формы. Все рудные тела характеризуются сложным контуром в горизонтальном сечении и прерывистым характером оруденения с включением участков забалансовых руд и пустых пород. Проектный контур на поверхности имеет форму, близкую к эллипсу с длиной осей 800 и 900 м; предельная глубина карьера составляет 300 м.

До реконструкции основной объем перевозок осуществлялся железнодорожным транспортом. Автосамосвалы использовались лишь при вскрытии и подготовке горизонтов. Форма трассы — спиральная. Разрезные траншеи проходились вдоль предельного контура карьера. Работы развивались от периферии к рудному телу.

Коэффициент вскрыши за период с начала эксплуатации карьера до реконструкции составил 35 м3/м3, расстояние транспортирования — 7,5 км, скорость понижения горных работ не превышала 10 м/год. Глубина карьера к моменту начала реконструкции составила 80 м.

Причиной реконструкции транспортной схемы явилось сложное путевое развитие, сдерживающее отработку нижележащих горизонтов.

Решение проблемы заключалось в скорейшем переводе карьера на комбинированный автомобильно-железнодорожный транспорт, проектом предусматривался такой переход при достижении глубины карьера 140 м.

Технико-экономический анализ вариантов транспорта с учетом развития горных работ в карьере и производственной мощности предприятия по предлагаемой методике показал, что оптимальным в этих условиях является вскрытие горизонтов временными автомобильными съездами и подготовка котлованами, которые закладываются вблизи северо-восточного фланга рудного тела. При этом все сравниваемые варианты развития работ по транспортным расходам практически равноценны (себестоимость от 13 до 15 коп/т*км; капиталовложения от 1,7 до 1,9 млн. руб.). Однако улучшение режима горных работ при комбинированном варианте позволяет существенно сократить объемы вскрыши, что и решает выбор транспортной схемы (рис. IV.4). В результате предложенного развития горных работ эксплуатационный коэффициент вскрыши был уменьшен (по сравнению с проектным) на 30 %.

Приведенные примеры показывают, что на рудных карьерах при выборе транспорта не наблюдается какой-либо типичной ситуации, повторяющейся в ряде случаев (имеются в виду цели оптимизации, ограничения, влияющие факторы, исходная информация, круг решаемых задач и т. п.). В связи с этим решение общей задачи транспорта неизбежно сталкивается с необходимостью решения целого ряда частных задач, обусловленных спецификой конкретного предприятия. В данных условиях комплексная методика выбора оптимальной транспортной схемы является наиболее эффективной.





Яндекс.Метрика