автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему:Обоснование главных параметров постоянных внутрикарьерных автомобильных дорог



$ * -/ '

-

Министерство общего и специального образования Российской Федерации Государственная академия цветных металлов и золота

На правах рукописи

Винокуров Виктор Александрович

ОБОСНОВАНИЕ ГЛАВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОСТОЯННЫХ ВНУТРИКАРЬЕРНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Специальность 05.15.03. -«Открытая разработка месторождений полезных ископаемых»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Косолапое А.И.

г. Красноярск -1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Введение.........................................................................................4

1 .Современное состояние вопроса. Цель и задача исследования....................8

1.1.Особенности дорожных условий применения автотранспорта на

карьерах.............................................................................8

1.2.Методология проектирования параметров постоянных внутри-карьерных автомобильных дорог...........................................12

1.3.Показатели и условия использования автомобильного транспорта на карьерах Красноярского края, Хакасии и Тувы..........................21

1.4.Обзор результатов исследований, связанных с обоснованием параметров постоянных дорог......................................................28

1.5.Цель, задачи и методы исследования........................................35

2. Методы исследований, материалы, модели и методики, использованные в работе...........................................................................................................37

2.1. Моделирование карьерных дорог и их предохранительных устройств..........................................................................37

2.2. Принципы и методы моделирования параметров автомобиля и свойств материалов для модели породного вала.........................39

2.3.Обоснование параметров модели автомобиля и породного вала......43

2.4. Методика промышленных и лабораторных экспериментов............48

2.5. Математические методы планирования экспериментов и обработки их результатов....................................................................50

3.Разработка методики расчета параметров предохранительных валов...........55

3.1 .Результаты лабораторных и промышленных исследований влияния

динамических характеристик автосамосвалов на деформирование породных валов и перемещение по ним.....................................55

3.2.Факторы, влияющие на параметры предохранительных породных валов...............................................................................69

3.3.Методика расчета параметров предохранительных валов из сыпучих пород....................................................................77

3.4.Методика расчета параметров предохранительных валов

из раздробленных пород........................................................83

3.5.Вывод ы.............................................................................90

4.Методика обоснования параметров внутрикарьерных постоянных

автомобильных дорог.....*...............................................................93

4.1.Исследование характера влияния главных параметров

внутрикарьерных постоянных автомобильных дорог

на технико-экономические показатели работы карьеров...............93

4.2.Обоснование экономического критерия для оптимизации

параметров внутрикарьерных постоянных автомобильных дорог. ..112

4.3.Методика расчета капитальных и эксплуатационных затрат.........117

4.4.Порядок обоснования продольного уклона внутрикарьерной автомобильной дороги.........................................................124

4.5.Вывод ы...........................................................................129

Заключение...................................................................................131

Литература....................................................................................134

Приложения...................................................................................146

ВВЕДЕНИЕ

Российская Федерация постепенно переходит на новый организационный и технологический уровень развития и технического перевооружения ведущих отраслей тяжелой индустрии, которые базируются на горнодобывающей промышленности. Наибольшее значение в решении этой проблемы будет принадлежать открытому способу разработки месторождений, как имеющему в настоящих условиях максимальные ресурсы для восполнения производственных мощностей, технического перевооружения и роста производительности труда. К числу важнейших относится задача повышения технологического и организационного уровня карьерного автотранспорта; доля которого составляет около половины всех трудовых и стоимостных затрат по добыче полезных ископаемых. Причем, это должно происходить за счет повсеместного и гармоничного обновления парка автосамосвалов и улучшения качественных показателей внутрикарьерных дорог в соответствии с условиями разработки и эксплуатации карьеров. Для этого необходимо сформировать новый подход к проектированию внутрикарьерных дорог, особенно тех их параметров, которые в совокупности существенно влияют на экономичность и безопасность эксплуатации автосамосвалов и элементов карьера, а также обуславливают затраты на горные работы в целом. К таким параметрам согласно правилам безопасности [1] относят план и профиль дорог, а именно продольный уклон и ширину транспортных берм. Они должны соответствовать требованиям нормативных документов. Недостаточную обоснованность многих положений этих документов подтверждает значительная аварийность автосамосвалов на действующих карьерах (см.п.1.3.). При эксплуатации крупных автосамосвалов это приводит к серьезным экономическим и социальным последствиям.

Поэтому обоснование параметров постоянных внутрикарьерных автодорог, расположенных в системе вскрывающих выработок и обеспечивающих условия эффективного и безопасного применения большегрузных автосамосвалов

на карьерах, является актуальной задачей, имеющей научное и практическое значение.

Идея работы заключается в необходимости согласования взаимозависимых параметров автодорог и ширины транспортных берм с горнотехническими и дорожно-транспортными условиями с целью обеспечения безопасности работы карьерного автотранспорта и высоких технико-экономических показателей карьера в целом.

На защиту вынесены следующие научные положения

1.Для безопасной эксплуатации расчетной модели автосамосвала параметры предохранительного вала и проезжей части, как главные составляющие транспортной бермы, следует рассчитывать с учетом скорости движения авто. самосвала, движущегося на спуск в аварийном режиме.

2.Конструкция и размеры предохранительного устройства для ограждения проезжей части внутрикарьерной автодороги должны исключать мгновенную остановку автосамосвала при наезде, и переезд машины через его верхнюю точку, а расчет параметров устройства следует производить с учетом угла наезда, скорости движения и свойств материала, применяемого для его соору- , жения.

3.Ширину транспортной бермы необходимо определять во взаимосвязи с величиной продольного уклона, учитывая тип дорожного покрытия, длину наклонного участка, конструктивные особенности предохранительного устройства для ограждения проезжей части дороги со стороны выработанного пространства и грузоподъемность автосамосвала.

4.Оптимальная величина продольного уклона внутрикарьерных постоянных дорог соответствует минимуму суммы эксплуатационных (за исключением амортизационных отчислений) и капитальных затрат на горно-транспортные работы на конец оцениваемого периода, вычисляемой с учетом безопасной ширины транспортных берм, и соответствующего ей коэффициента вскрыши, зависящего от глубины и площади дна карьера.

Научная новизна:

-впервые исследован механизм деформирования породных валов при наезде на него автосамосвалов и выявлены основные факторы, влияющие на их параметры, обеспечивающие в экстремальных ситуациях безопасные условия эксплуатации автосамосвалов на внутрикарьерных постоянных дорогах;

-разработана методика, позволяющая увязывать объемы вскрышных работ с главными параметрами внутрикарьерных постоянных дорог, обусловленными параметрами автосамосвалов;

-впервые установлены зависимости параметров породных предохранительных валов от свойств пород, используемых для их устройства, скорости, угла наезда и грузоподъемности автосамосвалов;

- выявлены зависимости, увязывающие ширину проезжей части дороги и транспортной бермы с продольным уклоном, направлением движения нагруженного автосамосвала и его грузоподъемностью. Практическая ценность работы:

-разработана методика расчета параметров породного предохранительного вала для ограждения проезжей части внутрикарьерной дороги со стороны выработанного пространства с учетом свойств пород, параметров автосамосвалов, скорости и угла наезда на вал;

-предложена методика, позволяющая увязывать параметры внутрикарьерных автомобильных дорог с объемом вскрышных работ;

-получены графики для определения ширины транспортной бермы с учетом грузоподъемности автосамосвала, продольного уклона внутрикарьерной автомобильной дороги и направления движения нагруженного автосамосвала (на спуск или подъем);

-обоснован экономический критерий оптимизации величины продольного уклона внутрикарьерной автомобильной дороги, учитывающий его влияние на капитальные и эксплуатационные затраты, связанные с торно-транспортными работами.

Результаты исследований, связанные с обоснованием главных параметров дорог в части определения высоты и ширины предохранительных породных валов, экономического обоснования продольного уклона дорог с учетом безопасности движения в виде рекомендаций внедрены на Сорском, Кия-Шалтырском, Мазульском и Изыхском карьерах. Методика расчета параметров внутрикарьерных постоянных автомобильных дорог использована при проектировании разработки ряда месторождений в Красноярском крае и Хакасии.

Основные положения диссертационной работы и ее отдельные разделы докладывались и получили одобрение на семинарах кафедры «Открытые горные работы» КГАЦМиЗ (г. Красноярск, 1999 г.), на совещаниях Енисейского округа Госгортехнадзора РФ (г. Красноярск, 1994-1999г.), на научно-практической конференции, посвященной 40-летнему юбилею Академии (г. Красноярск, 1999г.), на Всероссийской научно-практической конференции и выставке с международным участием (г. Красноярск, 1999), на Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (г. Красноярск, 1999).

По материалам проведенных исследований опубликовано шесть печатных работ.

1 .Современное состояние вопроса. Цель и задачи исследования

1.1 .Особенности дорожных условий применения автотранспорта

на карьерах

Широкое применение карьерного автомобильного транспорта объясняют его технологические достоинства, наиболее полно отвечающие требованиям, предъявляемым к средствам транспорта в стесненных условиях рабочей зоны разрезов. Но при этом, как показывает практика [2,3,4], эффективность использования автотранспорта на открытых разработках во многом зависит от условий эксплуатации, среди которых большое значение имеют дорожные условия.

Карьеры Красноярского края, Хакасии и Тувы расположены в самых разнообразных природно-климатических условиях и с их помощью ведется разработка самых разнообразных видов полезных ископаемых. В этом отношении данный регион является достаточно крупным и представительным по применению автотранспортной техники. При этом условия горных работ настолько разнообразны, что в диапазоне их изменения можно всегда подобрать аналог для многих других действующих и проектируемых карьеров, использующих автомобильный транспорт. Поэтому характеристика дорожных условий на карьерах региона вполне достаточна для выработки методических подходов и практических рекомендаций в области проектирования и эксплуатации карьерных автодорог.

В настоящее время на карьерах региона работает свыше 320 автосамосвалов, грузоподъемностью от 10 до 120 т, с помощью которых перевозят около 250 млн. тонн горной массы, обеспечивая ежегодный грузооборот около 1 миллиарда т-км. В последние 5-6 лет транспортный парк почти не обновлялся. Это, наряду с усложнением условий его работы, объясняет ухудшение технико-экономических показателей работы автотранспорта и показателей работы карьеров в целом.

С увеличением объемов перевозок и понижением горных работ на карье-

pax возрастает потребность в улучшении использования мощных дорогостоящих машин и7в том числе} путем совершенствования транспортных коммуникаций.

Дорожные условия эксплуатации большегрузных автомобилей на карьерах региона отличаются большим разнообразием, обусловленным природными и горнотехническими условиями разработки месторождений.

Предельные уклоны в продольном профиле (до 100%о) встречаются чаще всего На временных съездах и при подъезде к забоям.

Ширина проезжей части автомобильных дорог на карьерах варьирует от 12 до 24 м в зависимости от их месторасположения. При этом на отдельных участках временных дорог встречаются сужения проезжей части до 9...10 м. Последнее вызвано стесненностью условий отработки и стремлением ограничить размеры вскрывающих выработок с целью быстрейшего доступа к полезному ископаемому.

Важным элементом карьерных дорог, оказывающим большое влияние на режим движения автомобилей, являются криволинейные участки. На отдельных маршрутах количество кривых с радиусами поворота 15...40 м может достигать 2...3 на каждый километр. Отсутствие уширения проезжей части и виражей на крутых поворотах приводит к стесненности условий встречного движения и создает обстановку повышенной опасности в работе большегрузных автосамосвалов.

В соответствии с существующими классификациями технологические карьерные автодороги принято делить на постоянные и временные. В основе такого деления дорог в одном случае принимают условия эксплуатации [5,6,7], а в другом - срок службы дорог [8,9] и их местоположение в карьере [10,11].

На действующих угольных разрезах к постоянным дорогам относят дороги на поверхности (от главных съездов в карьер до отвалов пород), в капитальных траншеях (главные съезды), заезды на отвалы.

К временным дорогам относят временные автомобильные съезды, дороги

на рабочих горизонтах и на отвалах, а также дороги на временно нерабочем борту (участке борта) разреза.

Постоянные дороги на поверхности сооружают в период строительства разреза или его очереди и служат в течение всего срока разработки месторождения или его участка. Дороги в капитальных траншеях и на отвальных заездах удлиняют по мере углубления горных работ или отсыпки очередного яруса отвала.

Соединительные дороги являются полустационарными и служат на период отработки нескольких (двух-трех) горизонтов в течение 2-4 лет. Дороги на рабочих горизонтах служат от нескольких недель-месяцев до одного-двух лет.

В зависимости от целевого назначения и сроков службы технологических автодорог существенно различается уровень их транспортно-эксплуатационных качеств [15]. Так, стационарность постоянных дорог и большая их грузонапряженность создают предпосылки для сооружения на них более улучшенных покрытий. Постоянные автомобильные дороги на разрезах имеют в основном щебеночное и гравийное покрытие. Исключение составляют отдельные магистральные дороги для вывозки руды, имеющие усовершенствованное асфальтобетонное покрытие.

Отсутствие качественного покрытия на автодорогах приводит к снижению безопасности ведения горных работ. Анализ аварийности на автотранспорте показывает, что наибольшее количество несчастных случаев происходит на дорогах.

Транспортно-эксплуатационные показатели карьерных автодорог во многом определяются и погодно-климатическими факторами. Так, в переходные периоды года состояние проезжей части на отдельных участках дорог бывает таково, что движение становится практически невозможным. Работа автомобилей на грязных, мокрых, скользких дорогах нередко приводит к аварийным ситуациям.

Неудовлетворительное состояние автомобильных дорог является причиной повышенной запыленности воздуха на карьерах, а одним из основных источников пыли становятся технологические дороги с низшим (грунтовым) типом покрытия.

Накопленный опыт эксплуатации дорог свидетельствует, что на восполнение износа даже более прочных щебеночных и гравийных покрытий требует-

Л

ся в среднем от 0,8 до 4 тыс. м в год каменных материалов на каждый километр дорог. А пылеобразующая способность грунтовых дорог в десятки раз выше, чем дорог со щебеночным покрытием [16]. Причем с увеличением грузоподъемности автомобилей интенсивность пылеобразования возрастает по экспоненциальной зависимости [16,17].

Высокий уровень запыленности воздуха в рабочей зоне карьеров вызывает повышенный износ дизельных двигателей, бывает причиной увеличения аварий из-за снижения видимости на автомобильных дорогих, не обеспечивает нормальных гигиенических условий работы водителей большегрузного автотранспорта, регламентированных действующими санитарными нормами [1,18].

На карьерах региона среднетехническая скорость движения автосамосвалов обычно не превышает