Проектирование технологии работы карьерного автотранспорта

Проектирование технологии работы карьерного автотранспорта

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ростовский государственный строительный университет

Кафедра Организация перевозок и дорожного движения

Курсовой проект

По дисциплине: «Теория транспортных процессов и систем»

На тему: «Проектирование технологии работы карьерного автотранспорта»

Выполнил: студент гр. ОПУАТ

Проверил: доц. кафедры ОПД

Ростов-на-Дону

Содержание

Введение

Этапы и производственные процессы открытых горных работ

.1      Общие положения

.2      Выемка и погрузка горных пород

.3      Перемещение карьерных грузов

         Проектирование систем карьерного автомобильного транспорта

.1      Основные подсистемы карьерного автомобильного транспорта

.2      Вариантное проектирование карьерного автотранспорта

.3      Показатели работы карьерного автотранспорта

Заключение

Список литературы

Введение

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.

В данной работе исходным районом для разработки карьера выступает Челябинская область, разрабатываемая порода - железная руда.

1 Этапы и производственные процессы открытых горных работ

.1 Общие положения

Открытый способ разработки месторождений полезных ископаемых заключается в разработке горных пород и полезных ископаемых, слагающих месторождение, последовательными слоями земной поверхности.

Совокупность горных выработок, образовавшихся в процессе открытой разработки месторождений полезных ископаемых, носит название карьера (разреза). Месторождения, разработанные одним карьером, называются карьерным полем (рисунок 1.1).

Горные работы по выемке и удалению пород называются вскрышными работами. Горные работы по извлечению полезных ископаемых называются добычными работами. Разработка месторождения в границах карьерного поля производится горизонтальными слоями, поэтому профиль карьера имеет ступенчатую форму.

Слой толщи горных пород, разрабатываемый самостоятельными средствами рыхления, выемки и называется уступом. Основные элементы уступа - площадки, откос, бровки и забои.

Подготовка горных пород к выемке относится к основным технологическим процессам открытой разработки месторождений полезных ископаемых. Она осуществляется для создания технической возможности выполнения последующих технологических процессов:

·        выемки и погрузки горной массы; транспортирования;

·        отвала образования;

·        разгрузки вскрышных пород и полезного ископаемого.

Общая характеристика груза, перемещаемого в карьере приведена в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Характеристика перевозимых грузов

.2      Выемка и погрузка полезных ископаемых

Выемка и погрузка горных пород является одним из основных процессов технической добычи полезных ископаемых открытым способом. От выбора выемочно - погрузочных машин и их соответствия условиям зависят основные технико-экономические показатели работы карьера.

Для выемки и погрузки горных пород применяют машины циклического действия - одноковшовые экскаваторы и фронтальные погрузчики. Как правило используются экскаваторно-автомобильные комплексы (ЭАК). Различают экскаваторы строительного (универсальные), карьерного и вскрышного типов (таблица 1.2).

Таблица 1.2 - Технические характеристики экскаваторов

Строительные экскаваторы выпускаются с ковшами от 0,5 до 2,0 м3 и применяют на больших карьерах строительных материалов. Карьерные экскаваторы оснащаются ковшами от 2,5 до 30 м3 и применяются для погрузки пород любой крепости. Вскрышные экскаваторы имеют ковш от 6 до 100 м3. Используются, в основном, для разработки мягких и плотных горных пород, для перемещения их в отвалы.

Рабочим местом экскаватора является забой. Геометрические размеры забоя зависят от параметров экскаватора и свойств разрабатываемых горных пород. Форма забоя должна обеспечивать максимальную производительность экскаватора. Это достигается за счет установления рациональных размеров забоя и правильного определения места установки экскаватора (рисунок 1.2).

Наиболее рациональна выемка горных пород экскаваторами в торцевых забоях при сквозных заходах. В этом случае обеспечивается максимальная производительность, так как средний угол поворота стрелы экскаватора при погрузке не превышает 90о. При выемке в продольном забое средний угол возрастает (120 о -140 о) и необходимы частые передвижения экскаватора из-за малой ширины забоя. Применение тупиковых заходов характерно при проведении траншей с нижней погрузкой. В этом случае средний угол поворота возрастает до 180 о и увеличивает время на обменные операции.

Так высота забоя (уступа) экскаватора не должна превышать максимальной высоты черпания. Минимальная высота забоя должна обеспечить наполнение ковша экскаватора за одно черпание. Для выбранного в ходе расчетов экскаватора ЭГК-12,5 она составит 12,6 метров. Ширина забоев зависит от рабочих размеров экскаватора и вида карьерного транспорта. При использовании автотранспорта применяется как сквозные продольные, так и поперечные заходки. Заходки могут быть нормальными, узкими и широкими. Ширина торцового забоя с тупиковой заходкой принимается равной двум радиусам черпания экскаватора. Установленную ширину забоя проверяют и уточняют по условиям размещения транспортного средства. В настоящем курсовом проекте приняты продольные заходки экскаватора с шириной 50 метров. При хорошей организации выемочно-погрузочных работ годовая производительность экскаватора ЭГК-12,5 достигает 6657142,9 м3.

В зависимости от типа пород производительность экскаваторов на этапе предварительных расчетов может быть принята по данным таблицы 1.3. В таблице 1.3 приведена производительность экскаваторов за восьмичасовую рабочую смену при погрузке на автомобильный транспорт

Таблица 1.3 - Сменная производительность экскаваторов

.3     
Перемещение карьерных грузов

Карьерный транспорт перемещает вскрышные породы из экскаваторных забоев к отвалам, полезные ископаемые перемещаются к приемным бункерам обогатительных фабрик или складам для погрузки на магистральный транспорт. Для карьерного транспорта характерны:

ü  относительно небольшие расстояния перевозок (до 10-15 км);

ü  высокая оборачиваемость ПС;

ü  большая величина грузооборота и интенсивность движения;

ü  наличие крутых уклонов карьерных дорог (от 60о/оо до 80о/оо).

В проекте с учетом принятого значения уклона длина автотранспортного спуска составляет 2000 метров.

Выбор вида карьерного транспорта определяется горно-геологическими условиями: величиной грузооборота, глубиной карьера, расстоянием транспортирования. Автомобильный транспорт применяется при разработке карьеров производительностью по горной массе до 50 млн. тонн в год с глубиной залегания месторождения 200-250 метров и расстоянием перевозки до 5 км. С увеличением грузоподъемности ПС область применения автомобильного транспорта значительно расширяется. Основные параметры карьерных автосамосвалов приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4 - Основные параметры автосамосвалов

Эффективное использование карьерного автотранспорта зависит от схемы движения автосамосвалов в пределах забой - пункт выгрузки - забой и от схемы подъезда, установки машин в забое. Схемы подъезда и установки экскаваторов под погрузку должны обеспечить минимальные затраты времени на маневрирование и погрузку автосамосвалов, безопасность работ, быстрый обмен автосамосвалов и минимальную ширину рабочих площадок.

Проектирование схемы автодорог карьера начинается с выбора мест заложения вскрывающих выработок. В зависимости от формы месторождения и глубины карьера используются спиральные, петлевые, прямые, скользящие и комбинированные виды съездов, которые обеспечивают транспортную связь вскрышных и добычных горизонтов с технологическим комплектом на поверхности.

Спиральные автомобильные съезды применяются при разработках на больших глубинах 140 - 200 метров при ограниченной протяженности фронта горных пород на нижних горизонтах.

Они позволяют реализовать большие радиусы поворота, хорошую видимость на трассе и высокие скорости движения. Недостаток спиральных съездов - сложность организации поточного движения автомобилей. В проекте принята схема спирального съезда, точка начала съезда показана на рисунке 1.1.

При проектировании сети карьерных дорог необходимо обеспечить кратчайшие связи между конечными пунктами перевозок при соблюдении безопасных условий движения. Скорость движения автосамосвалов в карьере принята 19,14 км/ч, на поверхности - 19,14 км/ч. Средняя скорость выбирается в соответствии с таблицей 1.5. Т.к. глубина карьера 170 м, то средняя скорость передвижения составит 19,14 км/ч., полученная методом прямой интерполяции.

Таблица 1.5 - Средняя скорость движения автосамосвалов, км/ч

На эффективность эксплуатации автомобильного транспорта в карьерах большое влияние оказывает величина продольного уклона дороги. Мировой опыт эксплуатации карьерного автотранспорта, что наилучшие технико-экономические показатели достигаются при величине уклонов в пределах 60-80 о/оо. В проекте применяют уклон 80 о/оо.

2 Проектирование систем карьерного автотранспорта

.1 Основные подсистемы карьерного автомобильного транспорта

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. Структурная схема сложного ЭАК приведена на рисунке 2.1

ЭАК-1

…………………………………….

ЭАК-N

Рисунок 2.1 Структурная схема сложного ЭАК

где Эn - n-ый экскаватор,

Аm- m-ый автосамосвал,

ТКс- с -ые транспортные коммуникации комплекта,

Рj- j -ый приемный пункт первого комплекта.

Данная структурная схема характеризует количество комплектов, которые необходимо для освоения заданного грузооборота карьера Qг=29,1 млн. тонн за год. Также она характеризует потребность в количестве автосамосвалов рабочего парка. Данный комплекс включает в себя 63 автосамосвала.

Ведущим элементом комплекса является экскаватор, поэтому его использование по времени должно быть максимальным, оно достигается за счет применения большегрузных автосамосвалов марки Komatsu HD975-5, грузоподъемностью 110 тонн.

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

.2 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.

Таблица 2.3 - Определение 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. На первом этапе был выбран экскаватор ЭКГ-8И и соответствующий ему автосамосвал БелАЗ-7519. Затем был принят вариант с экскаватором ЭКГ-12,5 и автосамосвалом Komatsu HD975-5.

.3 Показатели работы ЭАК

Определяем производственную мощность карьера:

 (2.1)

где - суточная мощность карьера, т/сут;

 - годовой план добычи полезных ископаемых, т.;

Д - число рабочих дней;

 (2.2)

Выбираем предварительный тип экскаватора по таблице 2.3. Так как

 , то вместимость ковша принимаем 8 м3. На основе таблицы 1.2 выбираем экскаватор ЭКГ-8И (.

Выбираем автосамосвал вместимостью 41 м3 - БелАЗ-7514, при количестве черпаний 5.

2 Определим длину трассы:

 (2.3)

  - глубина карьера;

 - уклон продольного профиля (60-80%);

Определим коэффициент сопряжения параметров:

 (2.4)

где - время замены груженого самосвала порожним;

 - время движения автосамосвала с грузом и в порожнем состоянии за 1 рейс, мин;

 - время разгрузки самосвала на приемном пункте, мин;

 - время цикла работы экскаватора при повороте стрелы на 90о, мин;

При петлевой схеме подъезда по таблице 2.4 .

Таблица 2.4 Время замены самосвала у экскаватора, мин.

 (2.5)

где - длина перевозки, км.;

 - техническая скорость самосвала (таблица 1.5).

 - определяем по таблице 2.5, при грузоподъемности самосвала 110 т

Таблица 2.5 Определение времени разгрузки самосвала

Определим модуль весового комплекса:

 (2.6)

Определим фактическую грузоподъемность:

 (2.7)

Определим значение объемного модуля:

 (2.8)

где - коэффициент наполнения ковша;

Определим требуемую вместимость кузова самосвала с учетом шапки:

 (2.9)

где- коэффициент наполнения кузова самосвала с учетом шапки.

Исходя из полученного значения  подбираем самосвал Komatsu HD975-5 с максимальной вместимостью кузова 64 м3 . Так как количество черпков равно 5, то требуемая вместимость ковша составит

,5 м3. На основе этого подбираем экскаватор ЭКГ-12,5 ().

Определим пропускную способность карьерных дорог:

 (2.10)

где - число полос движения в одном направлении;

- коэффициент неравномерности движения;

 - допустимый интервал движения между автомобилями.

Определим провозную способность карьерных дорог:

 (2.11)

где - масса груза в кузове самосвала;

 (2.12)

Определим продолжительность рейса самосвала:

 (2.13)

 (2.14)

 (2.15)

 по таблице 2.5

 (2.16)

 (2.17)

Определим необходимое количество самосвалов:

 (2.18)

Определим рабочий парк:

 (2.19)

 (2.20)

где - коэффициент неравномерности перевозок;

 - производительность автомобиля;

 - коэффициент использования грузоподъемности;

 - коэффициент использования самосвала по времени.

Определим количество экскаваторов:

 (2.21)

2.4   
Разработка графика работы экскаваторно-автомобильного комплекса

В проекте выполнено графоаналитическое моделирование работы ЭАК. Для этого составлен график движения автосамосвалов, который приведен на чертеже 1. По результатам графоаналитического моделирования установлен средний оборот движения автосамосвалов, он составил 50 минут.

Выполненный график позволит уточнить требуемый рабочий парк автосамосвалов, количество мест разгрузки и выявить возникающие простои ПС и экскаваторов в ожидании выполнения операции.

График разрабатывается на период работы в 2 часа. На графике используются следующие условные знаки:

           - разгрузка ТС;

           - погрузка ТС;

           - ожидание операций

На основании разработанного графика движения составляем расписание работы автосамосвалов.

Таблица 2.3 - Расписание работы автосамосвалов

Заключение

В процессе курсового проектирования технологии работы карьерного автотранспорта в Челябинской области, по добыче железной руды, был разработан график работы ЭАК. В результате полученных расчетов на данный карьер необходимо 4 экскаватора и 64 самосвала. Средняя скорость машин 19,14 км/ч.

Литература

карьерный автотранспорт горный

1. Проектирование и эксплуатация карьерного автотранспорта: Справочник: Часть 1/ А.А. Кулешов.- СПб, 1994.-230с,

. Брюховецкий О.С. и др. Технология и комплексная механизация разработки месторождений полезных ископаемых: Учеб. Для вузов. -М. :Недра,

. Проектирование и эксплуатация карьерного автотранспорта: Справочник: Часть2/ А.А. Кулешов.- СПб, 1995.-203с,

. http://files.lib.sfu-kras.ru/ebibl/umkd/310/u_lectures.pdf

. http://www.arsmech.ru/

. http://www.komatsu.ru/