Метод определения энергоэффективности технологий и механизации горных работ по добыче полезных ископ

Исследования современных энергозатрат в технологических процессах показывают, что из общего расхода электроэнергии по карьеру электропотребление железнодорожным транспортом составляет 34,5-79,3 %, буровзрывными работами 1,8-17,6 %, экскавацией 15,0-25,2 %, вспомогательными работами 2,2-15,2 %.

Фактический удельный расход электроэнергии на крупных карьерах с железнодорожным транспортом составляет 1,6-2,9 кВт∙ ч /т и 0,17-2.5 кВт∙ ч/ткм.

В целом затраты на транспорт горной массы в карьерах составляют от 50 до 90 % общих затрат на добычу полезного ископаемого открытым способом.

Вместе с факторами технологии и механизации горных работ энергетическая оценка транспортных систем является основанием для принятия решения по вскрытию месторождения при открытой разработке полезных ископаемых.

Энергетическая оценка дополняет денежную. Денежная оценка дает основание для выработки производственной тактики, энергетический анализ - для выработки стратегии вскрытия эксплуатационного пространства карьера.

Оценка вскрытия эксплуатационного пространства карьерного поля по энергетической теории заключается в определении энергозатрат транспорта горной массы по системам вскрывающих выработок в эксплуатационный период. Она определяется с учётом параметров транспорта, трассы, свойств вскрышных пород и полезного ископаемого.

Энергетический анализ карьерного транспорта многих исследователей позволяет оценить совершенство существующих транспортных систем на карьерах, область применения различных видов транспортных средств и их сочетание, пути их совершенствования 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.).

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 погрузку 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.10.

Таблица 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 гоизонтальных 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.

Формирование комбинированных транспортных систем 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 (Рис.29).

Рис.29 Разделение карьерного поля на этапы отработки по принципу эффективности вскрытия рабочей зоны

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 энергозатрат 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).

Использование мобильных перегрузочных пунктов (Рис.30) 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 %.

Рис.30 Мобильный перегрузочный пункт со сборочного автомобильного на крутонаклонный конвейерный транспорт

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.

Основными направлениями конструктивного совершенствования с целью повышения энергетической эффективности автосамосвалов на магистральных перевозках горной массы являются: электрификация автотранспорта, т.е. совершенствование дизель-троллейвозов, и применение повышенных (100 – 120о/оо) уклонов автодорог.

Эффективность дизель-троллейвозов обеспечивают следующие условия: соотношение между стоимостью дизельного топлива и электроэнергии более 4 кВт∙ч/кг, объем перевозок горной массы 8-10 млн. т/год, длина электрифицированного участка трассы 1,8-2,0 км, высота электрифицированного подъема 100-300 м.

Эффективная область применения дизель-троллейвозов характеризуется превышением фактического соотношения между стоимостью дизельного топлива и электроэнергии на конкретном предприятии над предельным. Предельное соотношение зависит от руководящего уклона и эксплуатационных показателей базового автосамосвала и троллейной системы. Фактическое соотношение составляет 10-12 кВт∙ч/кг, что свидетельствует о больших перспективах дизель-троллейвозов на глубоких карьерах. При создании отечественных дизель-троллейвозов нового поколения и увеличении руководящего уклона автодорог до 100-120о/оо коэффициент полезного использования энергии данным видом транспорта составит 7,6-7,8%, т.е. приблизится к показателям железнодорожного транспорта.