Проектирование технологии работы карьерного автотранспорта

Проектирование технологии работы карьерного автотранспорта

Курсовой проект

По дисциплине: «Теория транспортных процессов и систем»

На тему: «Проектирование технологии работы карьерного автотранспорта»

Содержание

Введение

.Этапы и производственные процессы открытых горных пород

.1 Общие положения

.2 Составление плана разработки карьера

.3 Выемка и погрузка полезных ископаемых

.4 Перемещение карьерных грузов

. Проектирование систем карьерного автотранспорта

.1 Основные подсистемы карьерного автотранспорта

.2 Вариантное проектирование карьерного автомобильного транспорта

Заключение

Список используемых источников

Введение

В настоящее время большое развитие получили открытые горные работы. Производительность карьеров исчисляются десятками миллионами тонн, перевозимой массы грузов в год.

К этим грузам относятся: породы и полезные ископаемые (щебень, гравий, мергель, доломиты, каменные и бурые угли, руды железа и цветных металлов, алмазонесущие породы).

В современных условиях глубина карьеров может достигать 350 и более метров. Это осложняет транспортное освоение карьеров и предъявляет высокие требования к технологическому процессу вывоза породы и полезных ископаемых.

Как правило, при глубине залегания полезного ископаемого до 500 м, целесообразно добыча открытым способом с применением средств автомобильного и железнодорожного транспорта. Автомобильный транспорт эффективен при грузооборотах карьера до 30-35млн т/год и при сравнительно небольших расстояний перевозок до 10-15 км. При больших грузооборотах и больших расстояний используют железнодорожный транспорт или комбинированные транспортные системы. Для разработки карьера необходимо определить схемы размещения погрузочного оборудования в забоях и подачи автосамосвалов под погрузку, потребность в транспортных средствах и экскаваторах, обосновать ширину забоев, составить график работы автомобильно-экскаваторного комплекса, а также технологические карты работы автосамосвалов.

Применение автомобильного транспорта на открытых горных разработках дает большой экономический эффект. Объемы работы на освоение карьеров сокращаются на 40-50 %, сроки на строительство - на 20-25 %. Уменьшаются непроизводительные простои экскаваторов, а также расходы на отвалообразование. Эти преимущества автотранспорта, несмотря на некоторые экологические недостатки, позволяют считать его одним из основных видов транспорта на карьерах на отдаленную перспективу.

Состав решаемых вопросов курсового проекта:

)        Дается общая характеристика производственных процессов и их транспортного обеспечения при выполнении открытых горных пород.

)        Дается характеристика производственно-транспортного оборудования, которое используется при производстве открытых горных работ.

)        Перемещение карьерных грузов.

Приводятся основные параметры автосамосвалов, используемых в карьерных перевозках и обосновываются принципы выбора транспортного оборудования.

)        Проектирование систем карьерного автотранспорта.

Подбирается экскаваторно-автомобильный комплекс (ЭАК), который должен соответствовать годовому объему планируемых горных работ и обеспечил бы эффективное использование как экскаватора, так и транспортной техники.

1.       Этапы и производственные процессы открытых горных пород

1.1     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.

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

Слой толщи горных пород, разрабатываемый самостоятельными средствами рыхления и выемки, 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. Осуществляется для создания технической возможности выполнения последующих технологических процессов:

·        выемки и погрузки горной массы, транспортирования;

·        отвалообразование;

·        разгрузки вскрышных пород и полезного ископаемого.

Общая характеристика грузов, перемещаемых в карьерах, приведена в таблице 1. Одним из важнейших свойств перевозимых пород, определяющих долговечность транспортных машин, является абразивность - способность истирать поверхность при движении по ней кусков породы.

По степени абразивности породы делятся на четыре категории:

o   А - неабразивные (торф, меловые породы, тальк);

o   В - малоабразивные (глина, гравий, уголь);

o   С - среднеабразивные (шлак, марганцевая руда, песок);

o   D - сильноабразивные (железная и руды цветных металлов, щебень).

Таблица 1 - Характеристика перевозимых грузов

.2       Составление плана разработки карьера

Для составления плана разработки карьера необходимо рассчитать ширину бортов карьера. Она определяется по формуле:

B = Hгл * ctg α, м                                                                                    (1)

Где B- ширина борта карьера, м;

Hгл - глубина карьера, м;

α - угол естественного откоса.

B = 200 * ctg30 = 200 * 0,999 = 200 м

Затем на плане карьера показывается трасса автомобильной подъездной дороги.

Необходимо определить длину трассы и принять точку начала спуска в карьер. Следует учитывать допускаемый уклон продольного профиля пути трассы iд=60-80%.

i =                                                                                              (2)

где L - длина карьера, м;

i = =0,182

Т.о. на 1 км дороги трасса может максимально опуститься на 182 м.

Длина трассы автомобильной дороги определяется с учётом заданной длины карьера.

Lкад = , м                                                                                  (3)

Lкад =  = 2 500 м

Ширина дороги рассчитывается по формуле:

ва/д=ha + 2hб, м                                                                             (4)

где ва/д - ширина автомобильной дороги внутри карьера

ha - ширина автосамосвала, м

hб - зазор безопасности , м

ва/д=6,6 + 2*1 = 8,6 = 9 м

Ширина дороги внутри карьера принимается равной 9 м.

.3       Выемка и погрузка полезных ископаемых

Выемка и погрузка горных пород являются основными процессам технологии добычи полезных ископаемых открытым способом. От выбора выемочно-погрузочных машин и их соответствия условиям добычи зависят основные технико-экономические показатели работы карьера.

Для выемки и погрузки горных пород применяют машины циклического действия - одноковшовые экскаваторы и фронтальные погрузчики. Чаще используют экскаваторно-автомобильные комплексы (ЭАК). Различают экскаваторы строительные (универсальные), карьерные и вскрышные. Характеристики экскаваторов приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Технические характеристики экскаваторов

Строительные экскаваторы выпускаются с ковшами от 0,5 до 2,0 м3. Они применяются на больших карьерах строительных материалов. Карьерные экскаваторы оснащаются ковшами от 2,5 до 20 м3 и более.

Применяются для погрузки пород любой крепости. Вскрышные экскаваторы оснащаются ковшами емкостью от 6 до 100 м3. Используются в основном для разработки мягких и плотных горных пород, перемещения их в отвалы.

Рабочее место экскаватора - забой. Его геометрические размеры зависят от параметров экскаватора и свойств разрабатываемых горных пород. Форма забоя должна обеспечивать максимальную эксплуатационную производительность экскаватора, что достигается за счет установления рациональных размеров забоя и правильного определения места установки экскаватора. Выемка пород производится в торцевом или продольном забое, или забое тупикового типа.

Наиболее эффективна выемка горных пород экскаваторами в торцевых забоях при сквозных заходках. В этом случае обеспечивается максимальная производительность, так как средний угол поворота стрелы экскаватора при погрузке не превышает 90°. При выемке в продольном забое средний угол составляет (120° -140°), и необходимы частые передвижения экскаватора из-за малой ширины забоя. Применение тупиковых заходок характерно при раскрытии траншей с нижней погрузкой. Тогда средний угол поворота стрелы экскаватора возрастает до 180°, что увеличивает время выполнения обменных операций.

В данном проекте принимаем торцевую схему забоя. Схема забоя принципиально влияет на производительность экскаваторного комплекса.

Далее выбираем схему подачи под погрузку автосамосвала

Рисунок 1-Схема с тупиковым разворотом автосамосвала внутри забоя

Высота забоя (уступа карьера) не должна превышать максимальной высоты черпания для данного типа экскаватора. В то же время минимальная высота забоя должна обеспечивать наполнение ковша за одно черпание. Ширина забоев зависит от рабочих размеров экскаватора и вида карьерного транспорта. При использовании автотранспорта применяются как сквозные продольные, так и поперечные заходки, которые 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 под погрузкой.

В зависимости от типа разрабатываемых пород производительность экскаваторов на этапе предварительных расчетов принимается по данным таблицы 3, в которой дана производительность экскаваторов за восьмичасовую рабочую смену при погрузке на автомобильный транспорт. Условия работы горнодобывающих предприятий не являются постоянными и непрерывно усложняются в течение всего периода разработки месторождения. Основным фактором, влияющим на условия перевозки горной массы, является переход на более глубокие горизонты выработки, что требует дополнительного развития транспортных коммуникаций и, в конечном счете, также сказывается на производительности экскаваторов.

Таблица 3 - Сменная производительность экскаваторов, м3

Ёмкость ковша экскаватора ориентировочно принимается из расчёта , что среднетехническая производительность экскаватора с ковшом 10 м3 составляет 5 млн.т/год.

Тогда принимаем экскаватор по таблице 2, ЭКГ-2,5, вместимость ковша которого 12,5 м3, наиболее близкая к среднему, т.к. годовой объём добычи в исходных данных составляет 15,3 млн.т/год.

Годовая производительность экскаватора рассчитывается по формуле:

Пгэ = Тр * nсм * Псм, м3/год                                                                 (5)

Где Тр - число дней работы карьера в течение года;

nсм - число рабочих смен;

Псм - средняя производительность экскаватора, м3/смена;

Пгэ = 255 * 2 * 5000 = 2 550 000 м3/год

По таблице 1 принимаем тип перевозимого груза:

·    Рыхлый < 1,3

·        Полускальный =1,3 - 1,4

·        Скальный =1,6

Уголь каменный имеет коэффициент разрыхления 1,4, то это полускальный тип породы.

Тогда количество экскаваторов, требуемых для освоения карьера, определяем по формуле:

nэкск =,                                                                                                      (6)

где  - годовой объём работ, т/год;

Коб - коэффициент объёмной плотности разрыхления пород.

nэкск= = 1,15 = 2 экскаватора;

Полученное количество экскаваторов проверяется на возможность их размещения на дне карьера с учётом их радиуса черпания и требуемой ширины подъездной автомобильной дороги.

Радиус черпания принимается из таблицы 2 по методическим указаниям, равный 22,6 метра.

.4       Перемещение карьерных грузов

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

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

¨      высокая оборачиваемость транспорта;

¨      большая величина грузооборота и интенсивность движения;

¨      наличие крутых уклонов карьерных дорог (до 80 о/оо).

Выбор вида карьерного транспорта определяется горно-геологическими и транспортными условиями:

v величиной грузооборота;

v  видом полезного ископаемого;

v  глубиной карьера;

v  расстоянием возки вскрышной породы или полезного ископаемого.

Особенность формирования транспортной системы карьера с применением автомобильного транспорта состоит в том, что принимаемые решения носят долговременный характер и при периодической реконструкции возможно лишь техническое перевооружение действующих на карьере видов транспорта.

Таблица 4 - Основные параметры автосамосвалов

Автомобильный транспорт применяется при разработке карьеров производительностью по горной массе до 50 миллионов тонн в год с глубиной залегания месторождения 200-250 м и расстоянием перевозки до 5 км. С увеличением грузоподъемности подвижного состава область применения автомобильного транспорта значительно расширяется. Основные параметры применяемых карьерных автосамосвалов приведены в таблице 4.

Выбор автосамосвала происходит с учётом значений весового и объёмного модулей.

                                                                                  (7)

где  - время цикла работы экскаватора;

С - коэффициент сопряженности элементов ЭАК

С = tз*(tц + tдв + tр + tз)                                                                (8)

где tдв - время движения самосвала с грузом и в порожнем сосотянии за 1 рейс,мин;

tр - время разгрузки в пункте приёмки, мин;

tз - время автосамосвала у экскаватора.

С = 1,3 * (0,46 + 31 + 2,3 + 1,3) = 45,58

С учётом весового модуля рассчитывается объёмный модуль комплекса

=*Кнк                                                                                     (9)

где Кнк - коэффициент наполнения ковша экскаватора;

= 15*1,4 = 21

Определим требуемую вместимость кузова АСМ с учётом коэффициента  :

 =  , м3                                                                                    (10)

где Кна - коэффициент, учитывающий погрузку с шапкой (Кна = 1.1)

 =  = 239 м3

При окончательном выборе автосамосвала учитывается допускаемое число черпаний ковша экскаватора и значение объёмно-весового модуля .

Потребность в рабочем парке автосамосвалов зависит от времени выполнения рейсов и количества экскаваторов, установленных в карьере. Поэтому разрабатывается план-график работы ЭАК, который позволит определить tоб АСМ и потребность в рабочем парке АСМ.

Проектирование схемы автодорог карьера начинается с выбора мест заложения вскрывающих выработок.

В зависимости от формы месторождения и глубины карьера используются следующие виды съездов:

o  Спиральные;

o   Петлевые;

o   Прямые;

o   Скользящие;

o   Комбинированные.

Они обеспечивают транспортную связь вскрышных и добычных горизонтов с технологическим комплексом на поверхности. Спиральные автомобильные съезды применяются при разработках на больших глубинах 150 - 200 м при ограниченной протяженности фронта горных пород на нижних горизонтах. Они позволяют реализовать большие нормативные радиусы поворота, хорошую видимость на трассе и высокие скорости движения. Недостаток спиральных съездов - сложность организации поточного движения автомобилей.

При проектировании сети карьерных дорог необходимо обеспечить кратчайшие связи между конечными пунктами перевозок при соблюдении безопасных условий движения. Средняя скорость движения автосамосвалов выбирается в соответствии с данными таблицы 5.

Таблица 5 - Средняя скорость движения автосамосвалов, км/ч

К первой категории относят карьерные дороги с грузонапряженностью в грузовом направлении более 15 млн т брутто, ко второй - дороги с грузонапряженностью 5-15 млн т брутто в год.

Ширина проезжей части автомобильных дорог назначается в соответствии с данными таблицы 6 и составляет вне карьера 30,0 м, внутри карьера 24,0 м.

Для обеспечения двухстороннего движения на однополосных дорогах предусматриваются площадки для разъездов автомобилей шириной не менее 30 м.

Расстояние между площадками устанавливается равным расстоянию видимости встречного транспортного средства, но не более 500 м. При минимальном радиусе поворота колес автосамосвала 10 м и более, наименьшие радиусы круговых кривых составят при скорости движения:

ü  10-15 км/ч -15м;

ü  20 км/ч - 20 м;

ü  25км/ч - 25 м;

ü  30 км/ч - 30 м.

Таблица 6 - Ширина проезжей части карьерных автодорог, м

*Примечание. В скобках указаны значения для однополосных дорог

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

Длина дороги внутри карьера 2 500 м, поэтому скорость принимается 20,0 км/ч.

Длина дороги по поверхности 3 600 м, поэтому скорость принимается также 20,0 км/ч.

2.       Проектирование систем карьерного автотранспорта

.1 Основные подсистемы карьерного автотранспорта

Современные предприятия горной промышленности представляют собой сложные природно-хозяйственные и социально-экономические комплексы, располагающие значительным парком добывающего, автотранспортного и другого мобильного оборудования. Подсистема карьерного автотранспорта одна из наиболее сложных и динамичных технических систем горного производства. От ее надежного функционирования зависит не только работа горного предприятия, но и смежных производств - обогатительных фабрик, перегрузочных пунктов и так далее.

Автотранспортные средства обычно работают в комплекте с экскаваторами и образуют экскаваторно-автомобильные комплексы. Для простого ЭАК характерно закрепление работающих автосамосвалов за отдельными экскаваторами. Экскаватор ориентирован на использование своих транспортных коммуникаций и соответствующих пунктов приема породы и полезного ископаемого. В таком случае подсистема ЭАК работает изолированно, что в ряде случаев позволяет достичь максимальной производительности комплекса. Структурная схема сложного ЭАК предполагает параллельную работу в карьере нескольких экскаваторов и подачу освобождающихся автосамосвалов на свободный в данное время экскаватор. При эксплуатации сложного комплекса возникают пересекающиеся связи между отдельными элементами, что требует дополнительной координации и автоматизации управления работой ЭАК. На автосамосвалы устанавливаются датчики определения их местоположения, тензометрические датчики учета погруженной массы, а также необходимы системы управления движением на транспортных коммуникациях карьера и контроля свободности или занятости пунктов приема полезного ископаемого или породы. В зависимости от числа работающих автосамосвалов ЭАК классифицируется по данным таблицы 7.

Таблица 7 - Классификация комплексов по стабильности

Варианты транспортного освоения карьеров оценивается по следующим показателям:

)        Маневренность комплекса

,                                                                                   (11)

где NЭ - количество экскаваторов, работающих в карьере.

 = 0,5

)        Стабильность комплекса

                                                                                   (12)

где NА - количество автосамосвалов, работающих в карьере.

 = 0,9

Следовательно, что освоение карьера оценивается как высокостабильное.

.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 в 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.

При планировании развития горных работ с использованием автомобильного транспорта следует исходить из величины минимально активного фронта работ, приходящихся на один экскаватор. Длина заходки для установки экскаватора принимается по таблице 8.

Таблица 8 - Определение длины заходки

Предусматривается следующий порядок выбора оптимального типа ЭАК:

.        С учетом годового грузооборота карьера и данных таблицы 9 предварительно подбирается экскаватор по вместимости ковша.

Таблица 9 - Определение вместимости ковша

В работе принимается экскаватор ЭКГ 12,5.

2.   Выбирается соответствующий данному экскаватору автосамосвал по сопряженным рабочим параметрам.

Выбирается автосамосвал НД-1200 Комацу

.     Определяется производительность комплекса и требуемое количество автосамосвалов.

Nа = 24

.     Принимается простой или сложный ЭАК.

5.       Рассчитываются ТЭП комплекса.

.        Намечается и анализируется вариант организации работы с другим типом экскаватора и автосамосвала, рассчитываются его показатели и сравниваются с первоначальным вариантом. При необходимости расчет повторяется.

В данном курсовом проекте выбираем самосвал, приведенный в таблице 4, Komatsu НД-1600М и делаем основные расчёты.

Но в реальности, эффективнее было бы использование автосамосвала CAT 797 F Mining Truck, грузоподъёмностью 363т и грузовместимостью 210 м3, с шапкой. Используем этот самосвал для построения плана графика работы ЭАК. Для построения графика, необходимо рассчитать некоторые показатели:

Время погрузки автосамосвала:

tпогр= , мин,                                                                                    (13)

где Птех - часовая производительность экскаватора, м3/ч;

Птех= ,                                                                              (14)

где  - объём ковша экскаватора, м3

Птех=  = 1607 м3/ч;

tпогр=  = 7,72 = 8,9 мин;

Время движения по перегонам:

= =1,6 мин;

 =  = 11 мин;

Время оборота автосамосвала:

tоб = tпогр ++ 2* + tз + tв , мин                           (15)

где tз - время замены автосамосвала у экскаватора, мин;

tв - время выгрузки автосамосвала, мин;

tоб = 8 + 16 + 22 + 1,3 + 2,3 = 49,6 мин;

Число автосамосвалов на 1 экскаватор:

nАСМ = ,

где  - число рейсов, выполненных за 2 часа;

nАСМ =  = 4,96 = 5 автосамосвалов;

Заключение

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 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.

.        Проводиться технико-экономическое сравнение вариантов транспортных систем.

Для предварительных расчетов рекомендуется принимать непрерывную рабочую неделю по три смены в сутки для крупных карьеров (более 25 млн. тонн в год) шестидневную рабочую неделю в две или три смены в сутки для карьеров с производительностью до 25 мил. тонн в год.

карьер автомобильный транспорт горный

Список библиографических источников

1.   Методические указания по дисциплине «Теория транспортных процессов и систем». - Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2012. - 17 с.

2.       Проектирование и эксплуатация карьерного автотранспорта: Справочник: Часть 1. / А.А. Кулешов.-СПб, 2010. -230 с.

.        Проектирование и эксплуатация карьерного автотранспорта: Справочник: Часть 2. / А.А. Кулешов.-СПб, 1994. -203 с.

.        Теория транспортных процессов и систем: Учеб. для вузов / А.В. Вельможин, В.А. Гудков, Л.Б. Миротин. - М.: Транспорт, 2008. - 167 с.