Карьерные дороги могут приносить деньги (окончание)

Начало в журнале "Зoлотодобыча" № 1 (218)

Статья была опубликована в «Журнале Южноафриканского института горного дела и металлургии» (Journal of The Southern African Institute of Mining and Metallurgy) № 115 от ноября 2015 года. Переведено и напечатано с разрешения автора и редакции журнала.

Перевод с англ.: С. С. Верхозин, к.ф.н., вед. аналитик АО «Иргиредмет»

Функциональное проектирование

Функциональное проектирования касается использования удобного в эксплуатации материала слоя износа. В идеальных условиях при строительстве карьерных дорог он должен удовлетворять нижеперечисленным требованиям.

—Обеспечивать безопасное и удобное движение без необходимости в излишнем обслуживании.

— Выдерживать достаточную грузонапряженность в сухих и влажных условиях.

— Своевременно сбрасывать (отводить) поверхностные воды без излишней эрозии дорожного полотна.

— Быть устойчивым к абразивному воздействию при движении техники.

— Не вызывать повышенного пыления в сухих условиях.

— Не вызывать чрезмерного скольжения во влажных условиях.

— Иметь низкие расходы и легкость в обслуживании. 

В результате определения свойств материала, которые ведут к повреждениям, была разработана спецификация по выбору его типа (рис. 4). Данная инструкция основана на оценке усадочного материала слоя износа (Sp), а также гранулометрический коэффициент (Gc):

Sp= LS ×  P425 Gc=(P265-P2) × P475⁄100

где

- LS — линейная усадка;

- P425 — процент пробы дорожного покрытия, проходящего сквозь сито с размером ячеи 0,425 мм;

- P265 — процент пробы дорожного покрытия, проходящего сквозь сито 26,5 мм;

- P2 — процент пробы дорожного покрытия, проходящего сквозь сито 2 мм;

- P475 — процент пробы дорожного покрытия, проходящего сквозь сито 0,475 мм.

Вне всяких сомнений руководство горнодобывающего предприятия должно быть в курсе того, как производится оценка дорожной системы карьера, как определяется эффективность используемых материалов. С целью анализа повреждений дорожного покрытия была разработана специальная процедура [Thompson, Visser, 2000a]. В рамках нее повреждения оцениваются в зависимости от степени и распространения дефекта каждого типа; на выходе получается сумма всех повреждений, которая и составляет данный показатель.

Показатель повреждений может обуславливать необходимость проведения обслуживания, так как был разработан при активном участии технических специалистов одного из действующих предприятий. На рис. 5 показано воздействие, вызываемое ежедневной транспортной нагрузкой (в килотоннах), а также последствия выбора не соответствующего требованиям материала слоя износа (в сравнении с соответствующим). Максимальное значение показателя повреждений для анализируемого рудника составило 60, и оно указывает на необходимую частоту проведения обслуживания. Примечательно, что данную процедуру переняли в компании «Komatsu»: с ее помощью полевой персонал обучали подготовки надежных рекомендаций касательно качества карьерных дорог, повышения продуктивности транспортировки, сокращения расходов, совершенствования процесса эксплуатации самосвалов.

Использование надлежащего материала слоя износа позволило существенно увеличить промежуток времени между грейдированием — с 3,5 дней для низкокачественного материала слоя износа до 7 и 10 дней для высококачесвтенного материала на дороге с грузонапряженностью 45 и 5 кт соответственно.

Важное значение, помимо определения показателя повреждений, при оценке сопротивления перекатыванию колес по грунту, а именно учете таких дефектов, как выбоины, неровности, колейность, рыхлость материала, завалуненность, имеет визуальный контроль. Сопротивление перекатыванию колес по грунту дополнительно ограничивает передвижение в результате потерь энергии при взаимодействии колесо-дорога. Хорошим показателем в этом случае считается 2,0–2,5%, хотя на некоторых рудниках сопротивление было на уровне 6%.

Если показатель сопротивления перекатыванию колес по грунту выше значения, установленного в процессе планирования горных работ, ожидаемый уровень эффективности использования самосвалов достигнут не будет. В качестве иллюстрации приведем пример алмазного рудника, на котором было решено провести ТЭО внедрения метода блочного обрушения, так как вследствие чрезмерного сопротивления перекатыванию колес по грунту самосвалы не могли выехать с полной загрузкой (только с частичной) из карьера глубиной 450 м. Решить данную проблему позволила замена материала слоя износа аналогом, отвечающим функциональным требованиям, а реализация добычи методом блочного разрушения была отложена до тех пор, пока карьер не станет глубже еще на 100 м. После этого начальник рудника выразил свое негодование по поводу простоя автогрейдеров. В результате все имеющиеся недостатки — низкое качество дороги, высокое сопротивление перекатыванию колес – были устранены благодаря активизации работ по обслуживанию. Таким образом, посредством качественного проектирования была получена существенная экономия на эксплуатационных расходах, увеличена продуктивность и, следовательно, выросла рентабельность добычи.

При внимательном отношении к наличию подходящего материала слоя износа необходимо тщательно контролировать такой фактор, как просыпка, поскольку он способен повлиять на свойства дорожного покрытия. Так, например, на одном из рудников, чтобы сделать погрузочную площадку пригодной для работы, жидковатую грязь с нее вывозили самосвалами. Как только такая машина поднимется на уклон, содержимое кузова начнет в больших количествах выливаться на дорогу. Это совершенно неприемлемо! Более того, после высыхания подобного материала образуется много пыли.

Следующая проблема заключается в том, что при нормальных условиях работы самосвалы загружаются до предела, то есть в процессе подъема по уклону материал из кузова рассыпается по дороге, и таких ситуаций следует избегать. Произойти это, однако, может и при правильной загрузке техники, поэтому следует обратить внимание на возможность монтажа специальных щитков на задней и боковой сторонах самосвала.

Одно из очевидных решений возможных проблем с материалом слоя износа, на которое нужно обратить внимание, — использование специализированных химических добавок (производители заявляют, что они способны улучшить качество дорожного покрытия). На рис. 6 указаны годовые расходы на эксплуатации низкокачественного слоя износа из гравия при его обработке водой с добавлением химической добавки, и в этом случае несомненно имеет место некоторая экономия. Тем не менее использование более качественного гравия, удовлетворяющего установленным требованиям, но без химикатов, по сравнению с первым примером позволяет снизить издержки более существенно (выяснено, что химические добавки в новый гравийный слой износа минимально снижают расходы).

Химические добавки могут применяться для сокращения частоты дорожного обслуживания, снижения пылеобразования, а также по другим причинам, связанным с управлением предприятием, например, доступности воды (в этом случае рудник не несет дополнительные расходы). Было установлено, что наиболее эффективны химикаты, смешиваемые с верхней частью слоя износа (75-100 мм), при необходимости применяются специальные «восстанавливающие» разбрызгиватели. После разбрызгивания на поверхности дорожного полотна образуется тонкий слой, который, однако, имеет тенденцию быстро изнашиваться в результате абразивного действия колес самосвала при движении. 

Основная проблема, возникающая в случае необходимости подавления пыли, — заключается в определении источника ее происхождения. Системы восстанавливающего разбрызгивания применяются только в том случае, если пыль видимая, то есть принимается тот факт, что ее источником является дорога. В свою очередь если это вызвано просыпкой материала из самосвалов, его следует устранить, так как долговременное применение средств для связывания пыли приводит к их смешиванию с самой пылью, что не решает проблему. Если оно на дегтевой основе, это приводит к формированию слоя битумной мастики (битум и пыль), который может быть нестабильным и скользким при нагревании.

В любом случае источник повышенного пылеобразования должен быть устранен. Иногда для этого применяют специальные вращающиеся щетки, однако в этом случае возникает достаточно высокая запыленность, которые вкупе со снижением видимости не позволяют полностью решить проблему пыли. Данную работу более эффективно могут выполнять моторизированные вакуумные очистители, используемые на рудниках по добыче алмазов. На полупостоянном покрытии, при условии использования стабилизаторов, методы обслуживания должны быть соответственно адаптированы, так как при работе автогрейдеров поверхностный материал разрыхляется, что приводит к его ослаблению и снова – образованию пыли.

Основное затруднение, возникающее на рудниках с полупостоянным покрытием дорог, заключается в том, что на них допускается гусеничная техника. Гусеницы разрыхляют поверхностный материал, и это приносит огромные убытки. Из-за них на дорогах образуются выбоины, и единственное решение в данном случае — съём слоя износа и повторное применение стабилизатора. Гусеничную технику следует перевозить на специальных низкопрофильных платформах или, если все же есть необходимость ее выезда на дорогу, использовать старые конвейерные ленты. Иногда строят специальные дороги для передвижения подобных машин, хотя это не всегда возможно из-за недостатка пространства.

Карьерные дороги и погрузочные площадки в карьере — самые проблемные участки при организации эффективной транспортировки на горном производстве. Причина этого заключается в том, что бурение (при углублении карьера) производится там, где это удобнее оператору бурового станка, а глубина скважины определяется не с заранее установленного уровня, а с поверхности, которая может быть неровной. В результате неровной становится подошва карьера, на которой потом располагаются карьерные дороги и погрузочные площадки. Выход — в применении при проведении буровых работ современных технологий (например, GPS), в использовании на бульдозерах электрических систем, контролирующих ровность поверхности дороги; засыпке образовавшихся углублений слоем породы, равномерным размещением слоя износа (толщиной 100 мм). Недостаточная поддержка надлежащего состояния поверхности дорожного полотна приводит к повреждениям техники, как показано на рис. 7. Из-за низкого качества дороги ослабляется рулевая тяга самосвалов, машины выходят из строя, повышаются расходы на ремонт.

Организация обслуживания

Любая инфраструктура горного производства требует периодического обслуживания в результате износа, воздействия климата и пр., и карьерные дороги не исключение. Обычно для этого используют автогрейдеры: они двигаются с одного конца дорожной сети до другого, степень ее загрузки и плотности движения самосвалов при этом не учитывается. Изначально была предложена специальная схема грейдерной обработки, в которой частота обслуживания каждого участка дороги определялась в зависимости от типа слоя износа, климатической составляющей и интенсивности движения. Обычно горные работы, в частности масштабные, регулярно отклоняются от установленного графика из-за недостатка погрузочных мощностей или по каким-либо другим причинам. Это означает, что плановый режим обслуживания нельзя назвать самым эффективным вариантом.

Возможность преодолеть подобные ограничения дает мониторинг работы карьерной техники, влияющей на дорожные условия, в режиме реального времени [Thompson et al., 2004; Hugo et al., 2007]. Схематически это продемонстрировано на рис. 8. Информация по условиям эксплуатации самосвала передается на систему, показывающую (рис. 9), какие участки дорожной сети используются, где имеются наиболее сложные условия эксплуатации, на что первую очередь следует обратить внимание с точки зрения обслуживания дороги. Если обнаруженное повреждение можно исправить с помощью автогрейдера, то следует использовать именно эту технику и именно в этом месте, в ином случае применяются другие методы, например, засыпка подходящим материалом.

Со времени публикации этой работы технологии мониторинга значительно продвинулись вперед. Раньше для получения необходимой информации в горную технику встраивали электронные компьютерные интерфейсы, однако сегодня существуют специализированные устройства, извлекающие из бортового компьютера самосвала все необходимые данные, которые затем обрабатываются стандартным программным обеспечением. Данный подход, достаточно перспективный с точки зрения организации обслуживания, применяется в рамках дальнейших исследований на рудниках в Чили.

Выводы и рекомендации

Результаты исследования, проведенного в 1990-х годах, действительны и сегодня, а их актуальность продемонстрирована на множестве примеров. Внимание при проектировании и эксплуатации карьерных дорог к соответствующей модели и геометрии, конструктивным возможностям, слою износа, облегчающего эксплуатацию дорог, использование при необходимости химических добавок для обработки полупостоянной дорожной поверхности, определение в режиме реального времени качества дороги, периодичности и необходимости ее обслуживания — все это дает ожидаемые финансовые выгоды для горного предприятия. Особенно важное значение имеет соблюдение принципов проектирования карьерных дорог на рудниках с учетом возможности использования современных технологий, например, внедрения автономных горных машин – в этом случае качество качества дорожного полотна обсуждению не подлежит, так как водителя, который мог бы избежать возможных проблем, не будет.

Благодарности. Оригинальное исследование является результатом совместной работы. Особая благодарность выражается профессору Роджеру Томпсону за предоставление исходных данных. Апробация работы была выполнена П.Х. ван Руеном, студентом-бакалавром последнего года обучения на отделении строительного проектирования Преторийского университета.

Список литераторы

- Hugo, D., Heyns, S.P., Thompson, R.J., Visser, A.T. 2007. Condition- triggered maintenance for mine haul roads with reconstructed-vehicle response to haul road defects. Transportation Research Record No. 1989. National Research Council, Washington, DC. vol. 1, June.

- Marais, W.J., Thompson, R.J., Visser, A.T. 2008. Using mine truck on-board data as a decision making tool for mine road maintenance management. Proceedings of the 7th International Conference on Managing Pavement Assets, Calgary, Canada, 25–28 June. 2008. Paper 6–18.

- Thompson, R.J., Visser, A.T. 1996a. An overview of the structural design of mine haul roads. Journal of the. South African Institute ofMining and Metallurgy, vol. 96, no. 1. pp. 29–37.

- Thompson, R.J., Visser, A.T. 1996b. Towards a mechanistic structural design method for surface mine haul roads. Journal of the South African Institute of Civil Engineering, vol 38, no. 2. pp 13–21.

- Thompson, R.J., Visser, A.T. 1998. Pavement design for ultra-heavy haul trucks. Proceedings of the 5th International Conference on the Bearing Capacity of Roads and Airfields, BCRA \\\'98, Trondheim, Norway, 5–8 July 1998.pp. 649–661.

- Thompson, R.J., Visser, A.T. 1999. Management of unpaved road networks on opencast mines. Transportation Research Record (TRR) 1652. National Research Council, Washington, DC. pp. 217–224.

- Thompson, R.J., Visser, A.T. 2000a. The functional design of surface mine haul roads. Journal of the. South African Institute ofMining and Metallurgy, vol.100, no. 3. pp.169–180.

- Thompson, R.J., Visser, A.T. 2000b. Evaluation and modelling of haul road dust palliatives. Coal — the Future. 12th International Conference on Coal Research. South African Institute of Mining and Metallurgy, Johannesburg.

- Thompson, R.J., Visser, A.T. 2002. An integrated haul road design system to reduce cost per tonne hauled. Proceedings of World Mining Equipment Haulage2002, Tucson, AZ, 19–22 May 2002.

- Thompson, R.J., Visser, A.T. 2003. Mine haul road maintenance management systems. Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy, vol. 103, no. 5. pp. 303–312.

- Thompson, R.J., Visser, A.T., Heyns, S. 2004. Integrating real-time mine haul road maintenance management with mine-wide asset location and communication systems. Proceedings of the 6th International Conference on Managing Pavements, Brisbane, Australia, October 2004 

Читать начало статьи

-0+1

• Содержание сайта
• Комментарии
• Главная страница