РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ

Железнодорожный транспорт

На отечественных карьерах железнодорожный транспорт является самым распространенным. В 1960 г. было вывезено железнодорожным транспортом на железорудных карьерах 62% всей горной массы и на угольных карьерах 48% вскрышных пород. Значительный удельный вес занимает в общем объеме перевозок 68 железнодорожный транспорт на карьерах цветной металлургии и нерудной промышленности.

Железнодорожный транспорт является наиболее эффективным при массовой перевозке грузов на относительно большие расстояния. Ему присущи следующие технико-эксплуатационные особенности:

большие грузопотоки, достигающие 120—150 млн. т в год; интенсивность движения, доходящая иногда до 600 пар поездов в сутки;

дальность перевозок, достигающая в отдельных случаях 10—1 15,01;

небольшие скорости движения локомотивосоставов — около 15 —20 по передвижным и 30—40 км/ч по постоянным путям;

преодоление значительных уклонов, достигающих иногда 40%о; применение локомотивов со сцепным весом до 150—200 т и вагонов грузоподъемностью до 100—180 г;

большой объем путепереукладочных работ, достигающий на отдельных карьерах 300 км в год.

На карьерах применяется железнодорожный транспорт с паровой, электрической и тепловозной тягой.

Преимущественное распространение на карьерном железнодорожном транспорте получила электрическая тяга. Главным достоинством электровозов является способность преодолевать более крутые уклоны, что позволяет значительно сократить общую длину транспортных коммуникаций и значительно уменьшить объем земляных работ по проходке капитальных траншей.

На карьерах в основном применяются электровозы постоянного тока, однако в последнее время созданы и проходят испытания электровозы переменного тока. На отдельных карьерах в настоящее время начинает внедряться тепловозная тяга, которая сочетает в себе преимущества электровозной и паровой тяги.

На карьерах применяется широкая (1524 мм) и узкая (750, 900 и 1000 мм) колея. Наибольшее распространение на карьерах получила широкая колея; объем перевозок железнодорожного транспорта узкой колеи составляет менее 5%; узкая колея применяется главным образом на небольших карьерах строительных материалов и на отдельных карьерах других отраслей промышленности, транспортное оборудование для которых было изготовлено за рубежом.

Локомотивы по роду привода подразделяются на паровозы, электровозы и тепловозы.

К локомотивам, работающим на карьерах, предъявляются следующие требования:

способность преодолевать значительные подъемы без существенного снижения скорости и вписываться в кривые малого радиуса;

повышенная устойчивость при движении по передвижным путям;

постоянная готовность к работе.

Паровоз — локомотив с самостоятельной паросиловой установкой, состоящей из котла и паровой машины. Основные части паровоза: котел с топкой, паровая машина с парораспределительным и движущим механизмами, экипажная часть.

Главное достоинство паровозов — наличие собственной паросиловой установки, что делает их относительно независимыми от источника питания и поэтому достаточно маневренными. Однако, как показала длительная практика, они оказались мало пригодными для эксплуатации в тяжелых горных условиях открытых разработок.

К недостаткам паровозов относятся: низкий к. п. д., который составляет всего лишь 6—7%; незначительный преодолеваемый уклон пути (до 26%), что увеличивает длину и стоимость откатки и объем горнокапитальных работ;

трудность эксплуатации и большое снижение производительности в зимнее время;

необходимость содержания паровозов в состоянии постоянной готовности к работе (в горячем состоянии), что требует большого расхода топлива;

большая -стоимость эксплуатации и ремонта паровозов, которая на 25—30% выше, чем электровозов;

плохие санитарно-гигиенические условия для обслуживающего персонала.

Электровоз — локомотив, приводимый в движение электрическими тяговыми двигателями. В настоящее время на карьерах применяются четырехосные электровозы постоянного тока со сцепным весом 75—80 т и шестиосные электровозы со сцепным весом 150 т

Система однофазного переменного тока имеет преимущества перед системой постоянного тока и является перспективной, так как в этом случае не требуется строительства дорогостоящих выпрямительных тяговых подстанций: по контактному проводу подается высокое напряжение (до 15—20 тыс. в) с понижением его непосредственно на электровозе, что значительно снижает электрические потери.

В Советском Союзе в настоящее время созданы и проходят испытания электровозы на постоянном токе типа Д-100 со сцепным весом 100 т.

По способу питания электроэнергией электровозы постоянного тока подразделяются на контактные, аккумуляторные, контактно- кабельные, контактно-аккумуляторные и контактно-дизельные

На открытых разработках СССР в настоящее время применяются контактные электровозы. На некоторых карьерах США начали применять контактно-дизельные электровозы, которые оборудованы вспомогательной дизельной установкой. На постоянных путях эти локомотивы работают в электровозном режиме, питаясь от контактной сети, а на неэлектрифицированных передвижных путях— от дизель-генераторной установки.

Применение контактно-дизельных электровозов не требует применения в карьере передвижной контактной сети, что позволяет значительно сократить капитальные и эксплуатационные расходы. Преимуществами электрической тяги являются: относительно высокий к. п.д. (14—16% или в два раза выше, чем у паровоза);

преодоление значительных уклонов (до 40%о), что сокращает длину откатки и объем горнокапитальных работ, способность проходить по кривым малого радиуса; во время остановок электровоз не потребляет энергии; постоянная готовность к работе;

лучшие, чем у паровоза, санитарно-гигиенические условия. К недостаткам электрической тяги относятся:

относительно большие капитальные затраты на сооружение тяговых подстанций и контактной сети;

наличие передвижной контактной сети усложняет производство взрывных и погрузочных работ в карьере.

Тепловоз — локомотив, оборудованный двигателем внутреннего сгорания.

Специальных карьерных тепловозов отечественная промышленность не выпускает. Однако среди тепловозов, применяемых на железных дорогах МПС СССР, тепловозы ТЭ-2 со сцепным весом 170 т и ТЭ-3 со сцепным весом 126 г в некоторой мере отвечают условиям работы в карьерах.

В настоящее время на карьере Ново-Криворожского горнообогатительного комбината успешно применяются тепловозы типа ТЭ-3. Опыт их работы показал, что эксплуатационные затраты при этом виде тяги на 30% ниже, а производительность труда на 25% выше по сравнению с электровозной тягой.

Вагоны. На карьерах преимущественное распространение на транспортировании вскрышных пород получили думпкары (полувагоны с самоопрокидывающимся кузовом), на вывозке полезных ископаемых и балласта — гондолы и хопперы и на перевозке материалов и оборудования — платформы.

Железнодорожный путь состоит из нижнего и верхнего строения. К нижнему строению относятся земляное полотно и искусственные сооружения, а к верхнему — балласт, шпалы, рельсы со скреплениями и противоугоны. Конструкцию и размеры каждого элемента железнодорожного пути выбирают в соответствии с объемом перевозок, типом подвижного состава и скоростью движения.

Искусственные сооружения. При пересечении железнодорожным путем различных препятствий (рек, оврагов, автомобильных и железных дорог и пр.) в качестве основания для пути возводятся искусственные сооружения: мосты, путепроводы, эстакады, виадуки, трубы, лотки, тоннели и подпорные стенки.

Рельсы и скрепление. Рельсы служат для направления колеи подвижного состава и передачи давления от них на шпалы.

Стандартная длина рельсов установлена 12,5 и 25 м, что позволяет укладывать на 1 км пути число рельсов, кратное 1000 м (80 или 40). Однако выпускаются и укороченные рельсы—12 и 11 м, укладываемые на кривых участках пути в карьере

В настоящее время на карьерах в основном применяются рельсы типов Р-43 и Р-50, а на крупных карьерах, оснащенных тяжелым подвижным составом, — Р-65.

При тяжелых рельсах воздействие подвижного состава на путь передается на шпалы и балластный слой значительно (более равномерно, чем при рельсах легких типов.

Железнодорожный путь расстраивается преимущественно на стыках, поэтому уменьшение числа стыков (сварка рельсовых плетей) удешевляет ремонт, улучшает состояние пути, дает большую надежность в работе. Опыт применения сварных рельсовых плетей показал, что в этих случаях значительно уменьшается количество сходов подвижного состава с рельсов, а также значительно снижается общая стоимость содержания путей! Сварка стыков рельсов производится термитным или электродуговым способом.

На карьерах применяются ( 312) костыльное, шурупное и болтовое скрепления. Сопротивление выдергиванию из сосновых шпал составляет: у костылей — около 2000, шурупов — 3200—3500 и болтов — 4200 кг. При этом необходимо учитывать, что при болтовом креплении сопротивление выдергиванию с течением времени не уменьшается.

В Советском Союзе шурупное рельсовое скрепление конструкции б. ВУГЙ в порядке опыта было применено на ряде угольных карьеров. На основании этого опыта было установлено, что применение болтового крепления позволяет увеличить срок службы верхнего строения пути в 2—2,5 раза, при этом значительно сократить количество сходов подвижного состава, увеличить скорости движения поездов и снизить стоимость и трудоемкость путевых работ.

Шпалы. Шпалы служат для соединения рельсовых ниток железнодорожной колеи и передачи давления от подвижного состава на балластный слой.

На отечественных карьерах получили преимущественное применение деревянные шпалы, изготовленные из сосны, реже ели, лиственницы и других пород дерева.

По форме деревянные шпалы разделяют на обрезные, брусковые и пластинные. Пластинные шпалы применяют при колее 750 мм. Для колеи 1524 мм шпалы имеют длину 2,7 м, для колеи 900 и'1000 мм—1,8 м и для колеи 750 мм—" 1,5 м. Количество шпал на 1 км пути выбирается в зависимости от нагрузки на ось подвижного состава и качества земляного полотна. Обычно для колеи 1524 мм количество шпал на 1 км пути принимают 1440, 1600, 1840, 2000. Увеличение количества шпал на 1 км пути снижает удельное давление на балластный слой и земляное полотно, в результате чего повышается устойчивость пути. В зависимости от числа шпал, уложенных на 1 км пути, на каждое 12,5-м звено приходится от 18 до 25 шпал. Расстояние между шпалами должно быть не менее 25 см, иначе затрудняется подбивка балласта под шпалы.

Недостатком деревянных шпал является их быстрый износ из- за гниения древесины. Для увеличения срока службы шпалы, уложенные на стационарных карьерных путях, пропитываются противогнилостными составами (антисептиками) — креозотом, хлористым цинком и др. На стационарных путях срок службы шпал, пропитанных хлористым цинком, достигает 5—7 лет, а пропитанных креозотом — 8—10 лет. На временных передвижных путях шпалы выходят из строя главным образом из-за механических повреждений, поэтому их срок службы не превышает 2—3 лет. С целью ликвидации механических повреждений в шпалах, укладываемых на передвижных путях, производят предварительное просверливание отверстий для костылей, шурупов и болтов, кроме того, чтобы предохранить их от раскалывания, производят оковку торцов бандажами из полосового железа.

В последнее время у нас и за рубежом находят применение металлические и железобетонные шпалы.

Срок службы стальных шпал составляет 15 лет, при стоимости их в 2—3 раза большей деревянных. Они обеспечивают высокую- прочность и надежность верхнего строения, особенно на передвижных путях. Недостатком металлических шпал является высокая жесткость, большая погружаемость в грунт и примерзание к земляному полотну в зимнее время.

Основным преимуществом железобетонных шпал является их высокая прочность и большой срок службы (30 лет), недостатком — высокая стоимость, малая упругость и появление трещин при динамической нагрузке.

Балласт. Стационарные железнодорожные пути в карьерах укладывают на балластный слой, основным назначением которого является равномерное распределение на земляное полотно давления и ударов от подвижного состава, отвод поверхностных вод и защита земляного полотна от промерзания.

Многолетний опыт работы Магнитогорского, Богословских и Коркинских карьеров показывает, что 'применение балласта на передвижных путях целесообразно во всех случаях, когда железнодорожные пути переукладываются не реже чем через 1—2 месяца. При этом дополнительные затраты на балластировку пути полностью оправдываются повышением скорости движения поездов и снижением аварийности. Расход балласта при балластировке составляет на 1 км стационарных путей 1500—2000 ж3 и передвижных 600—1000 ж3. Материалом для балластировки служат щебень, галька, гравий, крупнозернистый песок.

Для производства ремонтно-путевых работ на карьерах применяются следующие средства малой механизации: рель- сорезный станок РМ-2, рельсосверлильный станок 1024-Б, электрический шурупно-гаечный ключ ШГК-1, электродрели, вибрационные шпалоподбойки ЭШП-З и др. Для питания машин и механизмов электроэнергией применяется передвижная электростанция ЖЭС-4.

Перемещение путей на новую трассу производится передвижкой и переукладкой. Выбор способа перемещения путей определяется принятой системой ведения горных работ и типом используемого горного оборудования.

Передвижка путей производится без разъединения рельсовых звеньев: путь последовательно сдвигается в сторону до тех пор, пока не займет требуемого положения; расстояние перемещения пути (шаг передвижки) при этом не превышает 2—3 ж. Передвижка железнодорожных путей применяется: на плужных отвалах, под цепными экскаваторами и транспортно-отвальными мостами.

Передвижка железнодорожных путей производится путепере- двигателями прерывного действия ( 33), тракторными передвижчиками и путепередвигателями непрерывного действия ( 34).

Переукладка путей производится при перемещении их яа ширину заходки экскаватора. При этом путь разъединяется в стыках и отдельными звеньями переносится на новую трассу в новое положение, обычно на расстояние 12—24 м. Переукладка при

меняется при работе одноковшовых и роторных экскаваторов в карьере и на экскаваторных отвалах.

Переукладка железнодорожных путей чаще осуществляется с помощью железнодорожных кранов. Наиболее широкое применение на карьерах получили дизель-электрические краны на железнодорожном ходу с заводской или удлиненной стрелой грузоподъемностью от 15 до 45 т.

Переноска рельсового звена вместе с налипшей породой общим весом в 4,5 т обеспечивается 45-тонными кранами с удлиненной стрелой на 16—18 м, а 15—25-тонными кранами на 7—12 м.

Для механизации работ при балластировке железнодорожных путей на карьерах применяются вагоны-дозаторы и шпалоподби- вочные машины.

В целях дальнейшего совершенствования карьерного железнодорожного транспорта необходимо:

заменить паровозную тягу электровозной или тепловозной, при этом надлежит ориентироваться на локомотивы со сцепным весом до 180—200 т и думпкары грузоподъемностью 120—180 т для мягких пород и 100—140 т для скальных пород;

создать и внедрить электровозы с двойным питанием (контактно-аккумуляторные или контактно-дизельные);

обеспечить серийный выпуск механизмов для полной механизации путевых работ, в том числе по укладке, балластировке, передвижке и ремонту путей;

внедрить на карьерах связь, централизацию и блокировку; применять на постоянных путях карьера железобетонные шпалы и контактные опоры.