ВЫВОЗ ПОРОДЫ ОБЛЕГЧЕННЫМИ АВТОМОБИЛЯМИ ПОВЫШЕННОЙ ГРУЗОПОДЪЁМНОСТИ И ВЕЕРНАЯ ОТСЫПКА ЕЁ В ОТВАЛЫ С КАРЬЕРНЫХ АВТОДОРОГ ПОСРЕДСТВОМ ОТВАЛООБРАЗОВАТЕЛЕЙ Российский патент 2025 года по МПК E21C41/26 E21C47/00 

Добыча полезных ископаемых в России осуществляется, преимущественно, открытым способом (карьерами). Суммарный объем породных (вскрышных) работ составляет, порядка, 1,3 млрд куб. м в год и значительно превышает объем добычных. Основная используемая система разработки - транспортная, осуществляемая на крупных карьерах, преимущественно, с использованием автосамосвалов грузоподъемностью 250 т.

Из указанного общего количества породы автосамосвалами с подключением к отвалообразованию бульдозеров складируется около 1 млрд куб. м в год непосредственно под откос породных ярусов. Преобладают скальные вскрышные породы, отрабатываемые с применением буровзрывных работ.

Используемые в настоящее время автосамосвалы утяжелены системой опрокидывания кузова. Возникают и проблемы из-за отдаленности их при эксплуатации от обслуживающих баз. Проходимость их по поверхности отвалов недостаточная, особенно в теплое время года.

Используемый в настоящее время способ отвалообразовани называется периферийным бульдозерным.

Существующие ленточные отвалообразователи пород на карьерах со вскрышей, требующей предварительного рыхления взрывными работами, не используются ввиду необходимости предварительного грохочения взорванных с последующим дроблением отделенных кусков крупностью более 400 мм.

Себестоимость вскрышных работ зачастую существенно превышает себестоимость добычных.

Суммарные затраты на процессы транспортировки и отвалообразования вскрышных пород автосамосвалами в настоящее время достигают в себестоимости вскрыши трех четвертей и продолжают расти из-за увеличения глубины работ и дальности транспортировки.

Указанные обстоятельства предопределяют выбор области выполнения транспортных и отвальных скальных вскрышных пород как первоочередной для рационализации.

Использование предлагаемого способа «Вывоз породы облегченными автомобилями повышенной грузоподъемности и веерная отсыпка ее в отвалы с карьерных автодорог посредством отвалоообразователей» позволит значительно упростить и удешевить указанные процессы.

Возможный годовой эффект от использования способа «Вывоз породы облегченными автомобилями…» на карьерах нашей страны велик - около 50 млрд руб. Это обусловлено гигантским объемом выполняемых с использованием автомобилей породных работ - более 1 млрд. куб. м в год! Экономия может быть достигнута за счет снижения на 15-20% себестоимости 1 куб. м породы при вывозе ее предлагаемыми облегченными 220 тонными авто белорусского завода «БелАЗ» и складировании ее в отвалы предлагаемыми отвалообразователями на базе драглайна ЭШ 11.75 «Уралмашзавода».

Предлагаемый мной отвалообразователь - ключевой механизм для осуществления нового способа. Создать данный механизм реально на базе серийного драглайна ЭШ 11.75.

Предлагаемое мною изобретение рассмотрено и письменно одобрено ведущими российскими специалистами в области открытых горных работ и карьерного машиностроения:

- учеными экспертизы, сформированной по указанию ректора Санкт-Петербургского горного университета В. Литвиненко;

- техническим советом института «СПб-Гипрошахт», ведущего проектного учреждения горной отрасли;

- А. Зиновьевым, главным конструктором головного экскаваторостроительного «Уралмашзавода».

Указанные согласования были мною предъявлены ФИПС с письмом от 27.11.2022.

Основные технические решения по модернизации оборудования для осуществления предлагаемого способа

1. Отвалообразователь

1. Предлагаемый отвалообразователь - полноповоротная шагающая платформа высокой проходимости, может быть создан на базе драглайна ЭШ 11.75 (или ЭШ 11.70). Используются следующие части исходного экскаватора: собственно поворотная платформа, механизм поворота платформы, механизм шагания, а также фрагменты стрелы экскаватора и некоторые другие элементы работоспособного изделия «Уралмашзавода» с внесением в них необходимых изменений и дополнений (см. фиг. 1 и фиг. 2).

Исключаются системы экскаватора, предусмотренные для осуществления операций: черпания вскрыши, ее перемещения к отвалу и выгрузки.

2. К передней части поворотной платформы драглайна вместо 75 (70) метровой стрелы пристраивается конструкция длиной 12 м, шириной 10 м, высотой 7 м, открыта спереди и частично без крыши (см. рис. 1).

3. В указанной пристройке монтируется горизонтальная или слабо наклонная от заезда на подъем разгрузочная консоль длиной 12 м для приемки автомобилей весом с грузом в варианте 1 - до 400 т, в варианте 2 - до 200 т (см. рис. 2).

4. Обеспечивается заезд на указанную разгрузочную консоль с трассы отвалообразователя, попеременно служащей карьерной автодорогой груженного автомобиля и съезд с нее обратно на автодорогу разгруженного.

5. «Порог» между поверхностью отвала и верхом ближнего края пола поворотной платформы составляет в производимой заводом модели драглайна 1,3 м, в то время как допустимое его значении для заезда на консоль автомобиля на базе автосамосвала БелАЗ 75306 с колесами диаметром 3,6 м - 0,5-0,7 м. При указанной величине «порога» понадобится опускание, а потом подъем передней части разгрузочной консоли. Указанный «порог» при проектировании отвалообразователя следует по возможности уменьшить. Альтернативно может быть использована аппарель, передвижка которой на 3 м вперед после отсыпки очередного слоя отвальной заходки потребуется не чаще двух раз в сутки.

6. Длина разгрузочной консоли проверяется с учетом необходимости передвижения отвалообразователя шагающим ходом по его трассе.

7. На разгрузочной консоли отвалообразователя устанавливаются запорное устройство для предотвращения самопроизвольного съезда транспортного средства и стационарный опрокидыватель кузова, (см. фиг.2).

Разгрузочная консоль при необходимости используется в качестве автомобильной эстакады

8. На поворотной платформе отвалообразователя дополнительно к механизму шагания и к механизму поворота умещаются:

- емкости с дизельным топливом;

- механизмы и оборудование для технического обслуживания автомобилей;

- необходимые рабочие помещения и складские емкости.

На платформе при необходимости размещается противовес.

9. Заправка автомобиля горючим производится при повороте платформы в сторону отвала и выгрузке породы.

Целесообразно по возможности переместить нагрузку, производимую на отвалообразователь загруженным транспортным средством, в сторону центра поворотной платформы.

10. Кабина машиниста отвалообразователя размещается со стороны заезда автомобиля с автодороги на разгрузочную консоль.

11. Целесообразно использовать на смежных полосах отвала по одному отвалообразователю с целью оперативной регулировки подачи автомобилей на выгрузку, а также обеспечения двустороннего автомобильного движения.

12. Предусматривается электрообогрев отдельных зон отвалообразователя.

13. Поскольку опрокидывающий момент, действующий на отвалообразователь при длине разгрузочной консолью 12 м в период нахождении на ней груженного 220 тонного автомобиля меньше расчетного, действующего на исходный драглайн при черпании породы, следует при проектировании рассмотреть возможность удлинения консоли.

14. Представляется, что стоимость отвалообразователей, необходимых для отвального участка при использовании для изготовления их узлов драглайна ЭШ 11.75 (ЭШ 11.70) с необходимым приспособлением, будет существенно ниже стоимости самих драглайнов.

2. Карьерный автомобиль повышенной грузоподъемности

1. Требуемое транспортное средство для вывоза породы (или полезного ископаемого) создается на базе серийного автосамосвала БелАЗ 75306 грузоподъемностью 220 т (как вариант, грузоподъемностью около 100 т).

2. Снижение собственного веса карьерного автомобиля с целью повышения его грузоподъемности, достигается, в первую очередь, за счет освобождения его от существенно утяжеляющей системы опрокидывания кузова

Автомобиль также освобождается от элементов крепления системы опрокидывания кузова, деталей и элементов передачи усилия подъема.

Существенное дополнительное снижение веса автомобиля достигается уменьшением в три раза его чрезмерного топливного бака емкостью около 3 куб. м.

Необходимый эксплуатационный запас горючего хранится в цистерне на поворотной платформе.

Увеличению производительности средства транспорта способствует улучшение его техобслуживания.

3. Стационарный опрокидыватель кузова большегрузного автомобиля

1. Разгрузка транспортного средства предусматривается стационарным достаточно мощным опрокидывателем, закрепленным на разгрузочной консоли отвалообразователя (см. фиг. 2.)

2. Опрокидывание кузова осуществляется упором штоков необходимой гидравлической системы в днище автомобиля или в приливы на бортах.

Основные производственные операции по предлагаемому способу транспортировки и отвалообразования породы и существенные новации:

1. Доставка к отвалу породы предусматривается автомобилями повышенной грузоподъемности, из конструкции которых, для снижения их собственного веса, исключено опрокидное устройство, и в которую внесены другие изменений для снижен собственного веса средства транспорта.

Предлагаемый способ обеспечит эффективное функционирование карьеров и при проблемных для проезда автомобилей глинистых породах даже в экстремальных погодных условиях, поскольку давление лыж отвалообразователя на грунт в 3 раза ниже давления, производимого автомобильными колесами

2. Груженные автомобили поочередно заезжают передним ходом с карьерной автодороги на разгрузочную консоль отвалообразователя.

Почти десятиметрового диаметра опорная база отвалообразователя располагается на отвале на трассе передвижения в безопасном, 10,5 м удалении от верхней бровки отсыпаемого породного яруса (см. рис. 1).

3. За колесами автомобиля до начала поворота платформы к отвалу для высыпки из кузова породы закрывается запорное устройство (см. рис. 2).

4. При применении распространенного в настоящее время способа периферийного бульдозерного «не обозреваемого» отвалообразования, шофер автосамосвала при подъезде задним ходом к верхней бровке отсыпаемого яруса не доезжает колесами до него не менее 5 м из-за опасения съехать под откос. За одну отсыпку породы образуется полоса шириной всего 8 м, толщиной около 3 м и высотой, приемлемой по условию устойчивости отвального яруса, зачастую, не боле 25 м. Из-за небольшой высоты отсыпки приходится использовать несколько ярусов для достижения приемлемой высоты отвала, а новая образуемая площадь, подлежащая подготовке для проезда по ней автосамосвалов, оказывается значительной.

В предлагаемом способе платформа отвалообразователя с автомобилем, заехавшим на ее разгрузочную консоль, поворачивается вокруг центральной цапфы с регулируемой скоростью от одного конца отвальной заходки к другому. Осуществляется веерная регулируемая отсыпка породы, включая крупнокусковую. Радиус отсыпки 19 м (с учетом части платформы отвалообразователя и 2 м длины конечной части кузова). Угол поворота платформы по отношению к оси передвижения увеличивается до 140 градусов. В случае преобладания крупнокусковой скальной породы возможна приостановка поворота.

Опрокидывание кузова транспортного средства производится непосредственно над площадью отвалообразования достаточно мощным стационарным устройством. Машинист отвалообразователя обозревает всю зону отсыпки вскрыши и распределяет по ней привезенную.

С одного местоположения отвалообразователя на безопасном отдалении от верхней бровки отсыпаемого яруса отвала образуется плотный слой заходки шириной 32 м, толщиной около 3 м и высотой не менее 50 м.

Породу (вскрышу) возможно отсыпать ярусами, существенно увеличенными по высоте с обычных 25-30 м, ввиду безопасного удаления опорной базы отвалообразователя от верхней бровки формируемого отвального яруса (см. фиг. 2).

При существующем способе отвалообразования для проезда автосамосвалов требуется подготовка для проезда всей дополнительно отсыпаемой поверхности отвала.

В предлагаемом способе с использованием отвалообразователя такая площадь сокращается минимум на 55% даже при высоте ярусов отвалов только 50 м, а с увеличением их высоты соответственно сокращается. Значительно снижаются затраты на дорожные работы. А езда по карьерным автодорогам радикально снижает итоговую себестоимость транспортировки породы.

5. При использовании принятого в настоящее время периферийного бульдозерного отвалообразования доставленная на отвал порода отсыпается автосамосвалами (по условиям безопасности) в объеме до !00% не под откос отвального яруса, а на отсыпанную ранее и подготовленную для проезда поверхность отвала. Она затем с предосторожностями сталкивается бульдозерами.

В предлагаемом способе отсыпка производится автомобилями с отвалообразователя непосредственно под откос образуемого яруса. Полностью исключается затратное сталкивание породы бульдозерами, по сути ее «переэкскавации».

6. При существующем способе через каждые 3 м подвигания отвала требуется сооружение нового предохранительного вала и в дальнейшем сталкивание отсыпанной в вал породы под откос.

В предлагаемом способе предохранительный вал не требуется.

7. При повороте отвалообразователя с автомобилем к отвалу и высыпке породы, производится заправка транспортного средства горючим.

На поворотной платформе могут осуществляться необходимые операции по техническому обслуживанию автомобиля

Разгрузочная консоль отвалообразователя, при необходимости используется, в качестве автомобильной эстакады.

В предлагаемом способе существенно снижаются время и затраты на проведение операций техобслуживания.

После высыпки из кузова автомобиля породы поворотная платформа с транспортным средством на ней доворачивается к трассе проезда. Автомобиль съезжает с разгрузочной консоли на автодорогу.

8. Необходимость в передвижении отвалообразователя по трассе на 3 м вперед с использованием механизма шагания возникает в предлагаемом способе отвалообразования не чаще 3-х раз в сутки. Значительное время между передвижками обусловливается большим объемом вскрыши, отсыпаемым в отвал с места очередной установки отвалообразователя.

9. При предлагаемом способе транспортировки и отвалообразования существенно повышается производительность вскрышных экскаваторов вследствие регулярности подачи автомобилей. Снижается себестоимость экскавации.

10. Крупность вывозимой на отвал породы, ограничиваемая при периферийно-бульдозерном способе отвалообразования, в известной степени, необходимостью использования бульдозеров, в предлагаемом способе может быть увеличена исходя из емкости ковша применяемого экскаватора. При более умеренном дроблении породы существенно снижаются затраты на буровзрывные работы.

В процессе завершения отсыпки отвальной заходки производится подравнивание отвалообразователем породой формируемой поверхности.

По сравнению с затратами на рекультивацию «незримо» отсыпанного отвала, восстановление земной поверхности в предлагаемом способе существенно удешевляется.

11. Новая часть трассы передвижения отвалообразователя (одновременно карьерной автодороги) веерно отсыпается им подвозимой специально выбранной для этой цели породой, и планируется бульдозером.

12. Целесообразно располагать на действующем отвале два отвалообразователя на расстоянии друг от друга, позволяющем оперативно регулировать очередность подачи на них груженных автомобилей.

13. Автомобильная дорога, построенная при отсыпке полосы отвала А, используется в дальнейшем в качестве полосы для осуществления двустороннего движения при отсыпке полосы отвала Б. (см. фиг. 1).

14. Увеличение радиуса отвалообразования при использовании разгрузочной консоли длиной более 12 м позволит увеличить ширину отвальной заходки и значительнее сократить объем планировочных и дорожных работ.

15. В случае применения автомобилей существенно более высокой грузоподъемности, чем 220 тонные, целесообразно рассмотреть вопрос о создании отвалообразователя на базе более мощного драглайна, чем ЭШ 11.75поверхн.

16. Представляется, что изготовление опытного образца отвалообразователя возможно в короткие сроки с участием «Уралмашзавода» на заинтересованном карьере с проблемными для проезда автосамосвалов вскрышными породами.

Для опытного образца может быть использован драглайн типа ЭШ 11.70 (или ЭШ 11.75), намеченный к списанию.

17. Весьма значительная экономия может быть одновременно достигнута при внедрении предлагаемого способа и на добычных работах при установке опрокидывателей их кузова непосредственно в зоне выгрузки доставляемого полезного ископаемого.

18. В случае задержки изготовления облегченного автомобиля повышенной грузоподъемности, отвалообразователь может быть использован и при транспортировке вскрыши серийными автосамосвалами, разумеется, с меньшим экономическим эффектом.

19. Применение предлагаемого способа расширит область использования автотранспорта на открытых горных работах.

Группа изобретений относится к области горного дела. Способ вывоза на отвалы породы облегченными автомобилями повышенной грузоподъемности, в котором для повышения производительности используемого транспортного средства из его конструкции исключен опрокидыватель кузова с заменой его стационарным механизмом, монтируемым на отвалообразователе, и также устранены утяжеления, обусловленные эксплуатацией транспортного средства на удалении от баз техобслуживания. Для повышения скорости передвижения автомобилей используются подготовленные трассы отвалообразователей. Способ отсыпки породы в отвалы с карьерных автодорог, в котором при наличии у отвалообразователя разгрузочной консоли опорная база механизма отдаляется от верхней бровки отсыпаемого яруса. Это позволяет образовывать высокие отвальные ярусы при соответствующем сокращении площади новых трасс, а обозреваемая веерная отсыпка породы позволяет выравнивать поверхность и отбирать подходящую породу для поверхностного слоя, с удешевлением таким способом рекультивации и дорожного строительства, в то же время повышается безопасность отвальных работ. Техническим результатом является упрощение процесса отвалообразования за счет увеличения высоты отсыпаемого яруса и увеличения ширины отвальной заходки, сокращение объема планировочных и дорожных работ и повышение производительности вскрышных экскаваторов карьера за счет регулярности подачи автомобилей. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ вывоза на отвалы породы облегченными автомобилями повышенной грузоподъемности, характеризующийся тем, что из конструкции транспортного средства, с целью его облегчения, исключают опрокидыватель кузова с заменой его стационарным механизмом, монтируемым на консоли отвалообразователя, создаваемого на базе серийного, на поворотную платформу переносят, по возможности, в качестве требуемого противовеса, утяжеления, обусловленные удаленностью автомобиля при эксплуатации от баз техобслуживания, при этом транспортировку породы осуществляют по трассе отвалообразователя - улучшенной автодороге и сооружаемым автомобильным проездам с повышением скорости; далее груженое транспортное средство заезжает передним ходом на разгрузочную консоль, после чего блокируют его задние колеса, после выгрузки автомобиль съезжает задним ходом на трассу, при этом отвалообразователь при необходимости передвигают на 3 м по своей трассе.

2. Способ отсыпки породы в отвалы отвалообразователем, который осуществляется с разгрузочной консоли непосредственно в выработанное пространство, исключая принятое временное размещение по сути всей отвальной породы на поверхности существующего отвала, с последующим сталкиванием ее бульдозером, не требуется образование предохранительного породного вала и дальнейшее сталкивание его под откос, увеличивают высоту отвальных ярусов ввиду возможности отдаления отвалообразователя от бровки отсыпаемого яруса ввиду наличия в нем консоли, сокращая количество новых ярусов с соответствующим уменьшением площади требуемых новых автомобильных проездов, при этом кусковатость вскрыши не ограничивают для экономии на буровых и взрывных работах, одновременно при отсыпке в отвал породы осуществляют работы по техобслуживанию автомобиля, включая заправку его топливом; а веерная регулируемая обозреваемая отсыпка отвальной заходки от одного ее края к другому с регулируемой скоростью позволяет снизить объем последующих планировочных работ и использовать в верхнем слое отсыпки желательные грунты, безопасность зримых работ повышается, после отсыпки породы автомобиль задним ходом съезжает на автотрассу, а перегрузку доставляемого полезного ископаемого во внешний транспорт осуществляют с использованием стационарного опрокидывателя у места перегрузки.