На открытых горных работах также применяются выемочно-транспортирующие машины (скреперы, бульдозеры, одноковшовые погрузчики), предназначенные для выемки и перемещения горных пород в рабочем органе на экономически целесообразное расстояние с дальнейшей укладкой в отвал или погрузкой в средства транспорта.
На карьерах с годовым объемом работ до 3 млн. т и расстоянием транспортирования 0,3-0,5 км в качестве основного выемочно-погрузочного оборудования используются колесные скреперы и одноковшовые погрузчики. Колесный скрепер - самоходный или прицепной к тягачу агрегат, служащий для зачерпывания, перемещения и разгрузки породы (рисунок 2.16). Тягачом скрепера могут быть трактор К-700, автомобили типа МАЗ или БелАЗ. Вместимость ковша скрепера составляет 6-15 м3, а у мощных - от 15 до 40 м3. Производительность скреперов с ковшом вместимостью 15 м3 составляет от 250 до 400 м3/ч. Условия, при которых колесные скреперы обеспечивают высокие показатели работ: месторождения должны быть представлены полностью или частично рыхлыми породами, плотные породы перед выемкой должны рыхлиться; влажность пород не должна превышать 15-20 %; содержание валунов в породе должно быть небольшим.
Одноковшовый погрузчик (рисунок 2.17) представляет собой колесное самоходное шасси с опускающейся стрелой, на конце которой шарнирно закреплен ковш. Современные погрузчики типа ПГ-10, ПГ-15, ПГ-25 имеют ковш вместимостью соответственно 6; 7,5 и 14,25 м3. Сменная производительность погрузчиков достигает 4000 т.
Карьерный транспорт - это комплекс средств перемещения горной массы (вскрыши и полезного ископаемого) от забоев до пунктов разгрузки. Он является связывающим звеном в общем технологическом процессе и одним из наиболее трудоемких и дорогих. Затраты на транспортирование и связанные с ним вспомогательные работы составляют 45-50 %, а в отдельных случаях 65-70 % общих затрат на добычу полезного ископаемого.
Рисунок. 2.16. Самоходный скрепер
Рисунок. 2.17. Одноковшовый погрузчик
Специфика горных работ обуславливает следующие основные особенности работы карьерного транспорта:
- односторонняя направленность грузов от забоев до пунктов приема; холостые пробеги транспортных средств составляют 50 % от общего пробега;
- сосредоточенная направленность карьерных грузов;
- короткие расстояния перемещения грузов (от десятков метров до нескольких километров);
- быстрая оборачиваемость транспортных средств, значительная грузонапряженность путей и дорог, высокие показатели грузооборота при ограниченном числе транспортных единиц;
- жесткая зависимость работы карьера от работы транспорта;
- значительные технологические простои подвижного состава в течение транспортного цикла (погрузка, разгрузка, ремонт, профилактический осмотр и др.);
- нестационарность пунктов погрузки горной массы (забоев) и выгрузки вскрышных пород (отвалы), ведущих к систематическому переустройству транспортных коммуникаций;
- сложная организация перемещения полезного ископаемого при селективной его выемке при разработке сложноструктурных залежей;
- значительная плотность, повышенная крепость и абразивность, неоднородная кусковатость пород, ударные воздействия при погрузке и выгрузке, что предъявляет особые требования к прочности транспортного оборудования;
- тяжелые условия перемещения горной массы из карьера (подъемы, уклоны).
На отрытых горных работах используются в той или иной мере почти все известные виды и технические средства перемещения грузов. Это объясняется главным образом многообразием горнотехнических условий. На выбор транспорта оказывают влияние физико-механические свойства разрабатываемых пород, горно-геологические условия залегания месторождений (мощность вскрышных пород и полезного ископаемого, форма залежи, обводненность и др.), размеры грузооборота, система разработки, типы и параметры выемочно-погрузочного оборудования, дальность транспортирования, разность отметок между конечными пунктами, климат района и др. В зависимости от совокупности этих условий в каждом конкретном случае оказывается наиболее эффективным применение определенного вида транспорта.
Каждый вид карьерного транспорта характеризуется своими техническими и стоимостными показателями. Основным показателем любой транспортной единицы является ее производительность, которая определяется количеством груза (в тоннах или кубических метрах), перемещаемого за определенный период времени. Производительность зависит в основном от времени рейса и грузоподъемности транспортного сосуда.
Интенсивность работы карьерного транспорта характеризует грузооборот - количество полезного груза в тоннах или в кубических метрах, перемещаемого в единицу времени (час, смена, сутки, год). Масштаб горных работ на карьере определяется величиной грузооборота. Его слагают объемы вскрышных пород, полезного ископаемого и хозяйственно-технических грузов. Под грузопотоком понимается направление перемещения грузов определенного качества, сравнительно устойчивое во времени и по объему перевозок. При формировании грузопотоков стремятся к разделению грузов по качественному признаку (вскрышные породы и полезное ископаемое) и пунктам назначения.
В зависимости от принципа действия различают транспорт цикличного (прерывного) и непрерывного действия. Продолжительность цикла (оборота) складывается из продолжительности погрузки, продолжительности движения с грузом к пункту разгрузки, продолжительности разгрузки, продолжительности движения к месту погрузки и продолжительности пауз между перечисленными операциями. При цикличном транспорте (железнодорожный, автомобильный) погрузка, движение с грузом, разгрузка и движение без груза осуществляются последовательно. При транспорте непрерывного действия (конвейерный, гидравлический) эти операции совмещаются.
Наибольшее распространение на карьерах получил железнодорожный, автомобильный и конвейерный транспорт, а также комбинированный. В ограниченных условиях эффективно применение скиповых подъемников, канатно-подвесных дорог, гидравлического трубопроводного транспорта, конвейерных поездов, вертолетов и других.
Железнодорожный транспорт рекомендуется применять на карьерах с большим годовым грузооборотом (10-15 млн. т и более) при длине транспортирования 4 км и более. Для железнодорожного транспорта необходимы большая протяженность фронта работ на уступах (не менее 300-500 м), кривые большого радиуса (не менее 100-120 м), небольшие подъемы и уклоны путей (до 2-3 %, реже 4--6 %). При использовании новейших тяговых агрегатов и уклонах путей до 6 % глубина применения железнодорожного транспорта увеличивается до 300-350 м.
Преимущественному применению железнодорожного транспорта способствуют следующие его достоинства:
- возможность использования любых видов энергии и типов локомотивов;
- сравнительно небольшой расход энергии на перемещение грузов вследствие малого удельного сопротивления движению подвижного состава по рельсовым путям;
- прочность, надежность, сравнительно большой срок службы подвижного состава (до 20-25 лет), что сокращает амортизацию и расходы на ремонт и текущее содержание транспорта;
- возможность достижения практически любой производительности без ограничения в расстоянии перевозки;
- возможность автоматизации движения транспортных средств и управления транспортными операциями;
- сравнительно небольшой штат поездных бригад;
- низкие затраты на 1 т·км перевозки (меньше, чем при автомобильном и конвейерном транспорте в 4-6 раз);
- надежность работы в любых климатических и горно-геологических условиях.
Основные недостатки железнодорожного транспорта:
- высокие требования к плану и профилю пути;
- большие радиусы кривых пути;
- небольшие подъемы и уклоны путей;
- большая протяженность фронта работ на уступах;
- резкое возрастание объемов капитальных траншей и общего объема горно-капитальных работ, необходимых для создания транспортного доступа к полезному ископаемому;
- большие капитальные затраты на транспорт;
- усложнение организации движения, снижение маневренности при транспортных операциях и выемочно-погрузочных работах из-за рельсовой колеи;
- высокая трудоемкость передвижки и поддержания путей.
Средствами железнодорожного транспорта являются рельсовые пути и подвижной состав. Рельсовые пути на карьерах бывают стационарными и временными, периодически перемещаемыми вслед за подвиганием фронта работ на уступах. Ширина колеи равна 1524 мм. Стандартная длина шпалы 2700 мм, рельса 12,5 и 25 м. Основным типом рельсов являются Р-50 и Р-65, а также Р-75. Скорость движения на стационарных и временных путях составляет соответственно 30-40 и 15-20 км/ч.
Технологический подвижной состав состоит из локомотивов и вагонов. В качестве локомотивов применяются электровозы, тепловозы, тяговые агрегаты. Контактные электровозы Д-94, Д-100М, ЕЛ-1, 13Е-1 работают на постоянном токе напряжением 1500-3000 В. Тепловозы исключают наличие контактной сети, обладают высоким КПД, равным 24-26 %. Тяговые агрегаты ОПЭ-1, ОПЭ-2 - это сочетание электровоза управления, секции автономного питания (дизельной секции) и нескольких моторных вагонов. Устраняется потребность в контактной сети на передвижных путях.
Для перевозки полезных ископаемых из карьера используют полувагоны (гондолы) грузоподъемностью 63, 94, 125 и 140 т и «хопперы» грузоподъемностью 65 т. У вагонов типа «гондола» дно составлено из отдельных щитов, укрепленных на шарнирах у хребтовой балки. Опущенные вниз щиты образуют наклонные плоскости, по которым груз высыпается на обе стороны от оси пути. Вагон типа «хоппер» имеет наклонные торцевые стенки и разгружается через люки, расположенные ниже рамы вагона. Груз ссыпается между рельсами или на стороны. Техническая характеристика вагонов, применяемых на карьерах, приведена в прил. 4.
Для перевозки горных пород применяются саморазгружающиеся вагоны-думпкары с односторонней ли двухсторонней разгрузкой грузоподъемностью 60, 85, 105, 140 и 180 т. Они должны выдерживать большие ударные нагрузки и иметь повышенную устойчивость. Техническая характеристика думпкаров приведена в прил. 3.
Основные параметры карьерных вагонов-думпкаров: грузоподъемность, вместимость, коэффициент тары, число осей, нагрузка от колесной пары на рельсы, нагрузка на 1 м пути, радиус вписывания в кривые и линейные размеры.
Автомобильный транспорт применяется главным образом на карьерах с небольшим годовым грузооборотом (до 15-20 млн. т) при расстоянии транспортирования до 4-5 км.
Преимущественному применению автомобильного транспорта способствуют следующие его достоинства:
- автономность энергоисточника, большая маневренность и взаимная независимость работы автосамосвалов;
- невысокая требовательность к плану и профилю автомобильных трасс (допускаемые радиусы составляют 15-25 м, подъемы и уклоны - до 8-12 %) позволяют уменьшить объемы капитальных траншей и сократить сроки и стоимость строительства карьеров;
- возможность лучшего использования экскаваторов за счет практически непрерывной подачи автосамосвалов под погрузку;
- возможность существенного увеличения темпов пониже-ния горных работ и скорости подвигания забоев;
- более эффективное производство раздельной выемки при разработке сложноструктурных залежей и транспортировки многосортных полезных ископаемых;
- целесообразность применения для разработки небольших месторождений с малыми запасами и сроком существования карьеров, при малых размерах карьерных полей в плане и неблагоприятной их конфигурации, при сложной топографии поверхности и др.
Основные недостатки автомобильного транспорта:
- небольшие пределы рациональной дальности перевозок;
- высокая интенсивность движения, большой парк автосамосвалов и штат водителей при больших грузооборотах;
- снижение эффективности работы автотранспорта из-за недостаточной надежности и коротких сроков эксплуатации парка автомашин при отсутствии необходимой ремонтной базы;
- удорожание автотранспорта из-за необходимости систематического поддержания и ремонта дорог;
- зависимость от климатических условий (частые простои транспорта при дождях и снегопадах).
Производительность и эффективность работы автотранспорта во многом определяется качеством карьерных дорог, которые подразделяются на временные и постоянные. К временным относят дороги в забоях и на отвалах, периодически перемещаемые вслед за подвиганием фронта работ. К постоянным относят дороги на поверхности и в капитальных траншеях. Ширина проезжей части зависит от габаритов подвижного состава, числа полос и скорости движения. На двухполосных дорогах ширина изменяется от 10 м (для автосамосвалов грузоподъемностью 27 т) до 20 м (для автосамосвалов грузоподъемностью 160-180 т), а при однополосном движении - от 5,5 до 9 м.