Железнодорожный транспорт при открытой разработке рудных месторождений

Карьерный транспорт является связующим звеном в общем технологическом процессе. От четкой работы карьерного транспорта зависит эффективность смежных производствен- ных процессов - выемочно-погрузочных и отвальных работ.
Условия разработки рудных карьеров способствуют преимущественному применению для вывозки горной массы
автомобильного транспорта. Автомобилями перевозятся на карьерах черной металлургии 64,6 % и карьерах цветных металлов более 80 % всех карьерных грузов.
На втором месте по объему перевозок находится железно-
дорожный транспорт, которым перевозится на карьерах черной металлургии 30,4 % всей горной массы. Остальные виды транспорта имеют подчиненное значение и общий объем перевозок ими не превышает 5 % всех грузов.
Значительная глубина рудных карьеров создает условия для использования комбинированного транспорта. Так, на железнорудных карьерах комбинированным транспортом вывозится 41,5 % горной массы, в том числе 79 % добываемой руды.
Железнодорожный транспорт целесообразно применять на карьерах с большим годовым грузооборотом ( 25 млн. тонн и более ) при значительной длине транспортирования ( 4 км и более ). К основным достоинствам железнодорожного транспорта следует отнести небольшой расход энергии, возможность обеспечения практически любой величины грузооборота при любом расстоянии перевозок, возможность применения автоматизированной системы управления (АСУ), надежность работы в различных климатических и горно-геологических условиях и относительно небольшие затраты на 1 тоннокиломерт перевозок.
По сравнению с другими видами карьерного транспорта железнодорожный требует наибольших радиусов кривых
( 100 - 120 метров ), значительной протяженности фронта работ ( 500 - 600 метров ) и допускает минимальные подъемы пути ( 40 - 60 промилле ). Эти условия обеспечива- ются при больших размерах карьера в плане. При железнодорожном транспорте относительно велики объемы горно-капитальных работ, капитальные затраты, затраты на содержание транспортных коммуникаций и их эксплуатацию и наиболее сложная организация движения.
Железнодорожные перевозки на карьерах черной металлургии осуществляются электрифицированным транспортом ( 77 % перевозимых грузов ) и тепловозами
( 23 % ). В качестве локомотивов используется 356 тяговых агрегатов, 245 электровозов, а также 448 тепловозов мощностью 2 - 6 тыс. л.с.. Тепловозы используются на большинстве карьеров Криворожского бассейна.
Основными условиями эффективного формирования экска- ваторно-железнодорожных комплексов при использовании экскаваторов механических лопат на погрузке горной массы и железнодорожных составов при ее транспортировании является определение рациональных качественных сочетаний погрузочных и отвальных экскаваторов и локомотивосос- тавов; количественная взаимоувязка погрузочного, транспорт-
ного и отвального оборудования в грузопотоках.
Средствами железнодорожного транспорта являются рельсовые пути и подвижной состав.
*Рельсовые пути.
По условиям эксплуатации рельсовые карьерные пути делятся на стационарные, сохраняющие свое положение постоянно или в течение длительного времени ( пути на поверхности, транспортных бермах и в капитальных траншеях ), и временные пути, периодически перемещаемые ( на уступах и отвалах ). На карьерах в основном применяется стандартная колея шириной 1520 миллиметров.
Минимальный радиус кривых определяется типом подвижного состава и шириной колеи. Для всех стационарных карьерных путей при ширине колеи 1520 мм нормальный радиус кривых равен не менее 200 метров. Для временных путей он находится в пределах 100 - 120 метров.
Величину подъема i (уклона) в продольном направлении принято выражать в промиллях ( число тысячных единиц тангенса угла подъема, т.е. i = 1000 tg a , где а - угол подъема ). Так как при малом угле подъема sin a = tg a , то при известных значениях i и высоты подъема можно опре- делить длину участка подъема без тригонометрических таблиц.
Максимальный подъем пути в грузовом направлении называется руководящим подъемом i p . По величине руководящего подъема расчитывается масса поезда. Экономически эффективная величина руководящего подъема для железнодорожного электрифицированного транспорта при однократной тяге не превышает 40 и 60 промилле соответственно с использованием электровозов и тяговых агрегатов.
C хема строения железнодорожного пути.
1 - земляное полотно
2 - балласт
3 - шпала
4 - подкладка
5 - рельс
6 - водоотводная канава
7 - накладка
8 - ширина колеи
*Подвижной состав.
Подвижной состав на карьерах состоит из вагонов и локомотивов. Для перевозки полезного ископаемого широко используются вагоны типа "гондола" грузоподъемностью 60 - 90 тонн и, частично, типа "хоппер", грузоподъемностью 60 тонн. У вагонов типа "гондола" дно составлено из отдельных щитов, вращающихся на шарнирах у хребтовой балки. Опущенные щиты обрзуют наклонные плоскости, по которым груз высыпается на обе стороны от оси пути. Вагон типа "хоппер" имеет наклонные торцовые стенки и разгружается через люки, расположенные ниже рамы вагона. Груз ссыпается между рельсами или на сторону.
Для перевозки вскрышных пород применяются саморазгружающиеся вагоны - думпкары с односторонней или двухсторонней разгрузкой. Конструкция думпкаров рассчитана на восприятие значительных динамических нагрузок от падения крупных кусков породы массой 3-5 тонн с высоты 1,5 - 3 метра ( при погрузке экскаваторами ) .
Думпкары также широко применяются и для транспорт- ирования руды.
Думпкары
Локомотивы.
В качестве локомотивов на карьерах применяются электровозы, тепловозы и тяговые агрегаты. Достоинствами электровозов являются относительно высокий КПД, равный 14 - 16 % , высокая скорость движения на руководящем подъеме, способность преодоления подъемов до 40 промилле, постоянная готовность к работе, простой обслуживания и надежная работа в суровых климатических условиях. Недостатками электровозов являются зависимость от источника энергии и значительные первоначальные затраты на строительство контактной сети и тяговой подстанции. Наличие контактной сети на забойных путях усложняет организацию взрывных и выемочно - погрузочных работ.
Тепловозы.
Тепловозы - локомотивы, оборудованные двигателями внутреннего сгорания ( дизелями ). ДВС, установленный в тепловозе, обеспечивает его автономность и исключает необходимость контактной сети, стоимость которой составляет 12 - 15 % общей стоимости транспортирования. Тепловозы обладают высоким КПД, равным 24 - 26 %, и способны преодолевать значительные подъемы. Применяемые на карьерах тепловозы предназначены для работы на путях МПС и не отвечают специфическим особенностям работы карьерного транспорта. Они резко снижают скорость при движении на подъем. К недостаткам тепловозов относится также сложность их ремонта.
Тяговые агрегаты.
Тяговые агрегаты представляют собой сочетание электровоза управления, секции автономного питания
( дизельная секция ) и несколько моторных думпкаров.
Наличие моторных думпкаров в составе тягового агрегата позволяет значительно увеличить сцепной вес и полезную массу поезда ( в 2 - 2,5 раза по сравнению с электровозами)
или руководящий подъем ( до 60 промилле ). Наличие же дизельной секции в составе тягового агрегата обеспечивает возможность исключения контактной сети на передвижных путях.
Тенденции развития промышленности свидетельствуют об увеличении единичной мощности применяемого на карьерах оборудования. Увеличение сцепного веса локомотивов влечет за собой повышение полезной массы поезда до 1200 - 1500 тонн. При использовании мощных экскаваторов уменьшается их общее количество в карьере, упрощаются схемы путевого развития на уступах и руднике в целом.
Наибольшее распространение получила в настоящее время тупиковая схема с расположением обменного пункта за пределами фронта работ. Она обеспечивает минимальные объемы путепереукладочных работ, низкие затраты на содержание пути, простую организацию движения поездов на уступе. Недостатком схемы является низкий коэффициент обеспечения забоя порожняком. Особенно он снижается при большой протяженности фронта работ.
Интенсификация работы погрузочного и транспортного оборудования может быть достигнута за счет совершенствования тупиковых схем путевого развития на уступе путем устройства дополнительного обменного пункта на забойных путях. Но внедрение таких схем сдерживается из-за сложности содержания и большой частоты перемещения дополнительных обменных пунктов.
Из - за того , что стоимость одного тоннокилометра перевозок автотранспортом в 6 - 10 раз выше, чем железнодорожнеым, на крупных глубоких карьерах, исполь-
зующих на верхних горизонтах железнодорожный транспорт,
стремятся завести его на более глубокие горизонты.
Однако, это приводит к усложнению трассы капитальных траншей за счет строительства дополнительных тупиков, что в конечном итоге снижает эффективность использования подвижного состава железнодорожного транспорта и повышает затраты на перевозку карьерных грузов.
При ведении горных работ на первом этапе разработки глубоких карьеров создаются благоприятные условия для использования железнодорожного транспорта: большой грузооборот, значительная протяженность фронта работ на уступах, небольшое усложнение трассы капитальных траншей при вскрытии нижних горизонтов за счет проведения внешних капитальных траншей большой глуби- ны. При переходе ко второму этапу разработки возмож- ности эффективной работы железнодорожного транспорта
на нижних уступах исчерпываются. Это связано с уменьше- нием размеров рабочей зоны, усложнением трассы капитальных траншей, возрастанием продолжительности рейса локомотивосоставов и снижением их производитель- ности.
Назревает необходимость решения вопроса транспортирова-ния горной массы из второй зоны по глубине карьера. На втором этапе разработки выполнение транспортных работ в первой зоне, как правило, не вызывает затруднений и транспортирование ведется по сложившейся системе транспортных коммуникаций. При переходе горных работ ко второму этапу появляется необходимость в проведении первой реконструкции карьера, узловым решением при которой будет обеспечение перемещения карьерных грузов из пределов второй зоны.
Практика открытых горных работ на глубоких карьерах показывает два основных направления решения транспортной проблемы :
- переход на комбинированный транспорт;
- сохранение для работ во второй зоне железнодорожного транспорта с глубоким вводом железнодорожных путей с относительно простой формой трассы.
Переход на комбинированный транспорт дает эффект при решении вопроса переноса перегрузочных пунктов вслед за
понижением горных работ. Без решения этого вопроса расстояние перевозки автотранспортом быстро возрастают, что резко повышает затраты на перемещения карьерных грузов.
Глубокий ввод железнодорожных путей возможно и рационально осуществлять только в определенных горно-тех-
нических условиях .
Окончательные решения транспортной проблемы при разработке глубоких карьеров должны решаться при проэктировании реконструкции карьера на основе технико -
экономического сравнения вариантов:

• система внутренних траншей с максимальным использованием длины бортов карьера
• наклонные железнодорожные туннели.