3. Карьерный автомобильный транспорт

3.1. Характеристика автодорог и подвижного состава карьерного автомобильного транспорта

Как и железнодорожные пути, карьерные дороги делят на постоянные, прокладываемые на длительный срок в капитальных траншеях, на соединительных бермах, на поверхности, и временные (на уступах и отвалах). Стационарные автодороги имеют, как правило, цементобетонное, асфальтобетонное или чернощебеночное дорожное покрытие и двухполосное движение. Временные дороги перемещаются вслед за подвиганием фронта работ. При скальном основании на них нет дорожного покрытия. На рыхлом основании дороги отсыпают из щебня, обработанного вяжущими средствами и укатанного.

Ширина проезжей части зависит от габаритов подвижного состава, числа полос и скорости движения. Для разных категорий пород по интенсивности двухполосного движения она изменяется от 10 м (автосамосвалы грузоподъемностью 32 т) до 20 м (автосамосвалы 160–180 т), а при однополосном движении – от 5,5 до 9,0 м. [25]

Трассы автодорог в карьере сложные. В плане они включают прямые участки, серпантины, кривые радиусом от 100–200 м до 15–35 м, разворотные площадки диаметром 26–44 м, а в профиле – горизонтальные и наклонные участки с уклоном до 10–12 % для автосамосвалов и 10–14 % – для троллейвозов. На кривых малого радиуса ширину проезжей части увеличивают [25]. Ширина обочин составляет 1,5–2,5 м. В обычных условиях дороги имеют двухскатный профиль (на прямых участках постоянных дорог) или односкатный (на петлевых и спиральных съездах в карьере, в забоях и на отвалах).

Схема к определению ширины проезжей части автодороги при одно- и двухполосном движении

Характеризует автодорогу ее пропускная способность, т. е. максимальное число автомашин, проходящих по данному участку трассы в единицу времени. При движении в одном направлении ее (ед./ч) можно определить по формуле:

, (3.1)

где N – часовая пропускная способность автодороги, машин;

V – расчетная скорость движения, км/ч;

n_п – число полос движения;

К_н = 0,5–0,8 – коэффициент неравномерности движения;

L_б – интервал безопасности между автомобилями, м.

L_б = а + l_а + t_в·V+L_Т, (3.2)

здесь а = 3–5 – допустимое расстояние между машинами при их остановке, м;

l_а – длина автомобиля, м;

t_в – 0,6–1 – время реакции водителя, с;

L_Т – длина тормозного пути, м.

Для обеспечения безопасности движения автомобилей величина L_б на горизонтальных прямолинейных участках должна быть не менее 50 м. Расчетная скорость V зависит от конструктивной скорости машины, типа дорожного покрытия и должна обеспечивать безопасные условия движения [25]. Она на 15–25 % выше, чем у груженых. Весной и осенью величину V уменьшают на 23–28 %, а в ночное время – на 8–10 % у груженых и на 16–17 % у порожних машин.

Длина тормозного пути также зависит от скорости движения, уклона трассы, типа дорожного покрытия. Паспортный тормозной путь при скорости 30 км/ч не превышает 16 м. При движении на спусках с уклоном 4–8 % (щебеночное покрытие) L_Т=22–25 м, при скорости 50 км/ч на уклоне 10 % L_Т = 80–120 м для груженых и 60–80 м для порожних автосамосвалов [25].

Провозная способность дороги (т/ч):

, (3.3)

где q_ф – фактическая масса груза в кузове автомобиля;

f =1,75–2 – коэффициент резерва.

Пропускная и провозная способности могут быть повышены за счет увеличения числа полос и скорости движения, грузоподъемности автосамосвалов, организации сквозного перемещения машин на уступе.

Полезные ископаемые и вскрышу перевозят карьерными автосамосвалами, автопоездами с прицепами и полуприцепами, дизель-троллейвозами. Современные карьерные автосамосвалы Белорусского автозавода грузоподъемностью до 70 т оснащены гидромеханической, а грузоподъемностью 82 т и более – электромеханической трансмиссией с мотор-колесами. Кузов у них сварной V-образной формы с задней разгрузкой. Подъем и опускание его осуществляют гидравлические механизмы с дистанционным управлением из кабины водителя. Наиболее распространенная колесная формула 4×2 (первая цифра – общее число колес, вторая – ведущих), реже 4×4. Для автопоездов с полуприцепами колесная формула – 6×2 и 6×4.

При выборе грузоподъемности автосамосвала необходимо учитывать, что оптимальное соотношение между вместимостью кузова автомобиля и ковша экскаватора должно составлять от 4:1 до 10:1.

У полуприцепов кузов выполнен отдельно от тягача и соединен с ним специальным седельным устройством. Они могут быть с боковой, задней и донной разгрузкой. Их основные преимущества: повышенная грузоподъемность, уменьшенные расход горючего и эксплуатационные расходы. Недостатки: низкая маневренность, затрудненность подачи под погрузку.

Грузоподъемность базовых моделей автосамосвалов ПО «БелАЗ» составляет 30, 45, 55, 80, 120, 130, 180, 200 т, вместимость кузова от 15 до 90 м³. Отношение грузоподъемности к вместимости кузова от 1,7 до 2,5. Выпущен опытный образец автосамосвала грузоподъемностью 350 т.

Для перевозки малоплотных пород и угля используют углевозы грузоподъемностью 55, 80, 120 т с увеличенной вместимостью кузова.

Автосамосвалы грузоподъемностью 13,5–18,0 т и вместимостью кузова 8,0–20 м³ выпускает торговый дом «АвтоКраз» (Украина).

На изготовление карьерных автосамосвалов ориентированы фирмы «Caterpillar», «Hitachi», «Komatsu», «Liebherr» и др. (Приложение 14). Грузоподъемность автосамосвалов колеблется от 20 до 363 т, а вместимость кузова (геометрическая) от 12 до 173 м³.

Постоянный рост глубины карьеров и объемов вскрышных работ, а также создание и внедрение и последние 5–10 лет мощного выемочно-погрузочного оборудования, в частности, гидравлических экскаваторов с ковшами вместимостью 10–25 м³ (рис. 5.9) сформировали устойчивый спрос на автосамосвалы грузоподъемностью от 190 т. Наибольшая конкуренция на мировом рынке карьерного транспорта сложилась в классе машин грузоподъемностью 180–220 т. В настоящее время практически все производители карьерных самосвалов преодолели этот рубеж грузоподъемности.

Глобальным направлением дальнейшего развития карьерного автотранспорта является увеличение суммарной грузоподъемности мирового парка карьерных самосвалов и средней единичной грузоподъемности при одновременном сокращении парка эксплуатируемых машин. При этом сохраняется устойчивая тенденция изменения производства в сторону увеличения выпуска машин особо большой грузоподъемности.

Опыт эксплуатации карьерных самосвалов различной грузоподъемности показал, что применение большегрузных самосвалов на карьерах с большими сосредоточенными объемами работ позволяет снизить затраты на разработку месторождения за счет снижения себестоимости транспортирования горной массы.

Дизель-троллейвозы обладают более высокими, чем автосамосвалы, скоростями движения на горизонтальных участках и на подъем при питании от контактной сети. Достоинства дизель-троллейвозов: рекуперация энергии при движении под уклон, уменьшенный расход жидкого топлива и снижение эксплуатационных расходов на 15–20 % по сравнению с автосамосвалами. Однако масса и стоимость дизель-троллейвозов на 15–20 % выше, чем у самосвалов равной грузоподъемности. Велики капитальные затраты на сооружения тяговых подстанций и контактной сети. Из-за этих недостатков их эксплуатировали лишь в 60-е годы. В 70-х годах дизель-троллейвозы в СССР и за рубежом не выпускались. В 80-х годах вновь начато их внедрение на ряде карьеров в связи с ростом цен на дизельное топливо и увеличением масштабов автоперевозок.