Энергетический анализ карьерного транспорта многих исследователей позволяет оценить совершенство существующих транспортных систем на карьерах, область применения различных видов транспортных средств и их сочетание, пути совершенствования транспортных средств и в целом транспортных систем, а в результате – систему вскрытия карьеров.
Исследования выполненные д.т.н. Ю. И. Лелем и к.т.н. Е. Ю Терёхиным. в области энергоёмкости транспортных систем на карьерах по удельному расходу условного топлива, показали, что расход энергии является универсальным показателем, определяющим эффективность транспорта горной массы на карьерах.
Критерий «удельные затраты условного топлива» представляет собой подъем 1 т горной массы из карьера с расходом дизельного топлива и электроэнергии, приведенные к условному топливу (у.т.). Приведение фактических затрат энергии к расходу условного топлива производится по следующим выражениям:
Pа = q kпер.kт kд , P(ж,к) = ϖ kэ kпот. kд .
где Ра, P(ж,к) - удельный расход топлива на подъем горной массы, соответственно, автомобильным, железнодорожным и конвейерным транспортом, г у.т./тм;
q, ϖ - соответственно, удельный расход дизельного топлива (г/тм) и электроэнергии (кВт∙ч/тм) конвейерным (железнодорожным) транспортом;
kд, kпер. - коэффициенты, учитывающие затраты энергии на добычу и транспортирование топлива (kд = 0,4÷1,10) и на получение дизельного топлива из нефти (kпер = 1,18÷1,20);
kт = 1,5 - коэффициент, учитывающий разницу удельной теплоты сгорания дизельного и условного топлива;
kэ - коэффициент, учитывающий затраты условного топлива на получение I кВт-ч электроэнергии (kэ = 31О÷ЗЗО г/кВт∙ч);
kпот= 1,09 - коэффициент, учитывающий потери электроэнергии при передаче и распределении.
Удельная энергоёмкость в условном топливе (кг у.т./т равен 0,03 МДж/т или кг у.т./кг равен 30 Дж/кг) технологических процессов при открытой разработке месторождений полезных ископаемых составляет: на перевозку автомобильно-конвейерным транспортом 47,1-76,8%, сборочным автотранспортом до перегрузочного пункта 21,8-27,3%, железнодорожным транспортом 42,8-53,3%, на бурение взрывных скважин 1,7-5,9%, экскавацию 7,7-13,6%, экскаваторную перегрузку на перегрузочном пункте 7,8-10,0%, отвалообразование 5,4-8,6%
Сопоставление энергетической эффективности различных видов транспорта по фактическим данным железорудных карьеров приведено в табл.4.10 .
Таблица 4.10
Энергетическая эффективность карьерного транспорта
Вид транспорта
Показатель
Удельная энергоёмкость
г/тм
кВт∙ч/тм
г у.т./тм
Автомобильный
2,3-2,8
-
4,4-5,2
Железнодорожный
-
0,010-0,12
3,6-4,4
Конвейерный
-
0,005-0,008
1,7-2,8
Энергетические показатели различных видов транспорта при работе на горизонтальных трассах составляют в условных единицах:
автотранспорт 95 – 130 г у.т./ткм,
ж.-д. транспорт 34 - 45 г у.т./ткм,
конвейерный транспорт 57 - 70 г у.т./ткм.
В глубоких карьерах энергетическая эффективность конвейерного транспорта в 1,9-2,2 раза выше, чем электрифицированного железнодорожного и в 2,4-3,0 раза выше, чем автомобильного.
Анализ энергозатрат транспорта горной массы на карьерах позволяет сделать выводы эффективности комбинированного транспорта, совершенствования параметров трассы грузопотоков, сокращения расстояния перевозки в грузопотоке и конструктивного совершенствования средств транспорта, определяющих способы вскрытия карьеров.
При формировании комбинированных транспортных систем ввод конвейерного и железнодорожного транспорта на большую глубину повышает их эффективность и поддержание объемов сборочных автоперевозок на минимальном, технологически необходимом уровне.
Этот вывод подтверждает эффективность отработки месторождений по глубине этапами, при которой:
на первом этапе эффективен один вид транспорта,
на втором - комбинированный с использованием в качестве магистрального железнодорожный или конвейерный транспорт, а сборочного – автомобильный,
на третьем – в качестве магистрального транспорт по подземным горным выработкам (конвейерный или грузоподъёмный), а сборочного - автомобильный.
Повышение энергетической эффективности комбинации железнодорожного и автомобильного транспорта (во втором этапе отработки более 200-250 м) связано с увеличением глубины ввода железнодорожного транспорта в эксплуатационное пространство карьера путём применения внутрикарьерных тоннелей (рис.4.92).
Эффективность перехода на тоннельное вскрытие из рабочей зоны карьера для железнодорожного транспорта зависит от конкретных природных условий и технологии разработки и находится в диапазоне 180-260 м.
Исследование параметров грузопотоков в карьере показывает, что оптимальный уклон трассы для железнодорожного транспорта с энергетических позиций составляет: для мотор-вагонной тяги 45 - 51°/оо, электровозной 30 - 40 °/оо . Повышение уклона свыше оптимальных значений до 50 - 6О°/оо допустимо при вводе железнодорожного транспорта на большую глубину.
Для автосамосвалов с электромеханической трансмиссией оптимальный уклон зависит от качества дорожного покрытия и составляет для дорог с асфальтобетонным покрытием 80-100 о/оо, с щебёночным – 90-110 о/оо, без покрытия -100-120 о/оо.
При эксплуатации ленточных конвейеров большой производительности оптимальный угол наклона по энергетическому критерию составляет 17-19°.
Оптимальный продольный уклон трасс по энергетическому критерию для отдельных видов транспорта и конкретных моделей транспортных средств рассматривается как частный оптимум и нижний предел уклона. Он определяется топливной экономичностью, конструктивными параметрами транспортных средств, качеством дорожного покрытия.
Окончательное решение по руководящим уклонам трасс принимается на основе энергоемкости всей транспортной системы.
На глубоких карьерах эффективно повышение уклонов трасс, в первую очередь магистральных видов транспорта (железнодорожного или конвейерного) в комбинированных транспортных системах с автомобильным транспортом в качестве сборочного звена. В этом случае энергозатраты на магистральный транспорт увеличиваются на 10-12 %, но сокращаются энергозатраты транспортной системы в целом за счет сокращения разноса бортов карьера и ограничения зоны работы наиболее энергоемкого сборочного автотранспорта.
Поддержание расстояний автоперевозок на минимальном уровне с целью перераспределения части затрат со сборочного на магистральные виды транспорта, характеризуются высокими показателями энергетической эффективности.
Это достигается внедрением полустационарных и передвижных (мобильных) перегрузочных пунктов, крутонаклонных конвейеров, повышенных уклонов (до 60 о/оо) и тоннельного вскрытия для железнодорожного транспорта.
Использование мобильных перегрузочных пунктов расширяет возможности снижения энергопотребления за счет частичной (двух горизонтов из трёх) перевозки сборочным автотранспортом "сверху вниз", так как удельный расход при движении автосамосвалов на спуск горной массы сокращается в 1,10 - 1,75 раза по сравнению с работой на подъем, а производительность увеличивается на 15 - 40 %.
При эксплуатации автотранспорта в рабочей зоне карьеров важным направлением снижения энергопотребления является сокращение длины трассы путём эффективной технологии отработки рабочих горизонтов, выбора места расположения и использования временных наклонных берм в массиве или на насыпи.