ВВЕДЕНИЕ
Актуальность
В условиях широкого внедрения прогрессивной техники и технологии на угольных и рудных шахтах существенно возросла роль подземного транспорта в обеспечении бесперебойной работы очистных и подготовительных забоев. Значительно повысились требования к пропускной способности и надежности средств шахтного транспорта, в особенности электровозной откатки, которая будет еще длительное время доминирующим видом транспорта на магистральных выработках шахт.
Основными требованиями к шахтному электровозному транспорту являются: обеспечение заданного грузооборота и возможно меньшей трудоемкости работ путем совершенствования техники и технологии (внедрение более надежных и производительных машин, повышение технического уровня организации движения).
Перемещение горных пород и, в частности, полезных ископаемых является одним из основных производственных процессов горного предприятия. Этим объясняется та исключительная роль, которая принадлежит рудничному транспорту в горном деле. Надежная, четкая и бесперебойная работа транспорта в значительной мере повышает использование основных механизмов, способствует снижению себестоимости продукции и является обязательным условием выполнения производственной программы каждого горного предприятия.
Соколовское месторождение железных руд находится в Костанайской области в 40 километрах к Юго-западу от областного центра.
Район месторождения характеризуется слабо расчленённым рельефом, с небольшим уклоном поверхности к юго-востоку. Абсолютные отметки поверхности изменяются с севера на юг соответственно от 175-185 метров до 165-170 метров. Основной водной артерией района является река Тобол, протекающая в 4 километрах к югу от месторождения.
Месторождение входит в состав Соколовско-Сарбайского рудного района, расположенного в пределах Валерьяновской структурно-фациальной зоны.
Строительство Соколовского подземного рудника начато в 1966 году в соответствии с проектным заданием на реконструкцию и расширением Соколовско-Сарбайского горно-обогатительного комбината для обработки Северного участка Соколовского месторождения. Проектная производительность рудника 5,5 миллиона тонн руды в год. Система разработки была принята с обрушением руды и вмещающих пород, для чего была запроектирована и сооружена дренажная система по осушению обводнённых меловых песков под месторождением.
Длина шахтного поля по простиранию рудных залежей составляет около 2000 метров, по падению рудные тела прослежены на 1100 метров. Мощность рудной зоны в крест простирания изменяется от 250 метров до 500 метров.
В связи со сложными гидрогеологическими условиями, низкой эффективностью системы осушения и связанных этим наличием остаточного столба воды в покрывающих породах (мезакайнозойские отложения) на момент ввода рудника в эксплуатацию в конце 1975 года, Минчермет СССР изменил принятую ранее систему разработки с обрушением вмещающих пород на систему с закладкой выработанного пространства твердеющим материалом. Это решение было принято Минчерметом СССР на основании рекомендаций учёных и специалистов на ССГОКе в марте 1975 года и в Минчермете СССР в мае 1975 года.
В соответствии с указанным решением Минчермета СССР в мае 1977 года институтом Гипроруда был выполнен техно-рабочий проект на строительство на поверхности постоянного закладочного комплекса, утверждённый приказом Минчермета СССР. В этом проекте были также решены вопросы, связанные с переходом на камерную систему разработки с закладкой выработанного пространства.
Соколовский подземный рудник (СПР) сдан в эксплуатацию в четвёртом квартале 1975 года на мощность 2,5 миллиона тонн сырой руды в год в составе:
полного комплекса поверхностных зданий и сооружений;
четырёх вертикальных стволов: Главного №1, Вспомогательного №1, Южного и Северного вентиляционных стволов;
комплекс подземного дробления руды;
дренажного (+ 33 метра) и вентиляционного (+_ 0 метров) горизонтов;
полностью подготовленного эксплуатационного горизонта - 60 метров с необходимым объёмом нарезных работ;
вскрытых горизонтов -120 метров , -190 метров.
В 1977 году институт Гипроруда выполнил технический проект « Закладочный комплекс ». Закладочный комплекс введён в эксплуатацию в 1981 году. Институтом Гипроруда в1982 году был выполнен проект « Вскрытие и подготовка горизонтов -260 метров,-330 метров». Разработка шахтного поля условно разделена на два периода:
период - отработка запасов горизонтов -60, -120, -190 метров;
период - отработка запасов горизонтов -260, -330 метров.
В настоящее время на руднике сданы в эксплуатацию:
а) Полный комплекс поверхностных зданий и сооружений;
б) Стволы - Главный №1,Вспомогательный №1,Южный вентиляционный и Северный вентиляционный;
в) Комплекс подземного дробления руды;
г) Дренажный (+33 метра) и Вентиляционный (+_ 0 метров) горизонты;
д) Горизонты -60 метров,-120 метров (сданы в 1979 год),-190 метров (сдан в 1979 году), гор. -260 метров (сдан в 1997 году).
е) Ствол Главный №1 углублён в 1997 году и сдан в эксплуатацию в комплексе с ДДК№2. [1]
В 1998 году институтом (КаЗГИПРОЦВЕТМЕТ) выполнение «Дополнение к проекту» в связи с изменениями системы разработки, предусматривающее отработку залежей шахтного поля системами с обрушениями руды и вмещающих пород.
Очистные работы ведутся на указанных горизонтах с применением с 1998 года систем разработки с обрушением руды и вмещающих пород -100%.
При большом выборе рудничных электровозов на рынке необходимо выбрать модель, позволяющую значительно экономить денежные средства за счет уменьшения количества машин или снижения расхода электроэнергии. Выбор оптимальной модели электровоза для шахты СПР рассматривается в этой дипломной работе.
Таким образом, из выше перечисленных критериев, получается что настоящая тема дипломной работы является актуальной, злободневной и современной.
Цель.
Целью настоящей дипломной работы является выбор оптимального варианта электровоза для перевозки горно-рудной массы на Соколовском подземном руднике.
Задачи.
Для реализации цели работы были поставлены следующие задачи:
. Выбор оптимального варианта электровоза на Соколовском подземном руднике
. Выбор типа электровоза и оценка эффективности их использования
. Провести технико-экономический анализ деятельности работы рудника и провести расчет экономической эффективности от внедрения новой технологии
. Разработать мероприятий по технике безопасности и охраны труда
Объектом исследования дипломной работы является
Соколовский подземный рудник.
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
Шахтные (рудничные) электровозы занимают первое место по количеству среди выпущенных на узкую колею (от 480 до 1000 мм). Большинство шахтных электровозов - двухосные, на некоторых сериях устанавливается маленькая кабина, есть безкабинные варианты. Шахтные электровозы разделяются на контактные, автономные и бесконтактные.
Контактные электровозы предназначены для работы в шахтах и горных выработках не опасных по взрыву газа или пыли. Эти электровозы работают от контактной сети, как правило, постоянного тока, на напряжение 220 или 550 вольт, токосъем - верхний или боковой.
Автономные электровозы предназначены для работ в шахтах с возможностью взрыва газа или пыли, эти электровозы работают от аккумуляторных батарей, применяются тяговые двигатели взрывозащищенного исполнения, это исключает возможность взрыва от искры при токосъеме с контактного провода (так как его просто нет).
Бесконтактные электровозы (широкого распространения не получили) получают питание за счет явления электромагнитной индукции от шины, уложенной вдоль пути, в которую подается переменный ток высокой частоты.
Первый рудничный электровоз был приобретен за
границей в 1907 году для шахты "Княжеская" на Урале. Чуть позже было
закуплено еще некоторое количество электровозов для работы на угольных копях.
Производство шахтных электровозов отечественной промышленностью было начато в
1924-25 годах, однако оно носило единичный характер и закупки электровозов за
границей продолжались. Основными поставщиками шахтных электровозов являлись
фирмы "AEG", "Siemens", "Greenwood &
Bathley", "Goodman" и другие. Всего с 1924 по 1932 год импорт
шахтных электровозов достиг 200 единиц, а отечественные заводы не спешили с
разработкой собственных моделей.
1.1 Электровоз Сименса
Попытки использовать электрическую энергию для механической работы предпринимались с начала XIX века. Опыты Б.С. Ясоби, проведённые в 1834 году с собранным им электродвигателем, оснащённым вращающимся якорем, имели важное значение для создания автономных видов электрической тяги. Одновременно в США, Германия, Франция проводились опыты по перемещению макетов экипажей с помощью электрических двигателей. В 1834 году Р. Давидсон совершил опытные поездки с двухосной тележкой массой 5 тонн на участке железной дороги Глазго -Эдинбург. В 1845 году профессор Паж выдвигает предложение по созданию электрической железной дороги длиной 7,5 км на участке Вашингтон - Бладенсбург. При первых поездках опытный электровоз достиг скорости 30 км/ч.
В 1879 году на Германской промышленной выставке демонстрировался электровоз мощностью 3 л. с., созданный немецким инженером Вернером Фон Сименсом. Локомотив использовался для катания посетителей по территории выставки. Скорость составляла 6,5 км/ч, локомотив питался от третьего рельса постоянным током напряжением 160 Вольт.
В декабре 1879 года Вильям Хаммер начал работать помощником в лаборатории Томаса Эдисона и участвовал в экспериментах по созданию электровоза.
Важный вклад в создание электровоза внёс американский изобретатель Лео Дафт (Leo Daft). В 1883 году он построил свой первый электровоз «Ампер» (Ampère). Эта машина имела массу две тонны и могла тянуть десять тонн с максимальной скоростью 9 миль в час (16,7 км/ч), а мощность составляла 25 л. с. - значительный прогресс по сравнению с электровозом Сименса. После «Ампера» Дафт построил локомотивы «Вольта» (Volta) и «Пачинотти» (Pacinotti). Позднее Дафт занялся электрификацией трёхмильного участка балтиморской конки, однако данный опыт к успеху не привёл, так как система с питанием от третьего рельса оказалась слишком опасной для условий города.
Электрическая тяга оказалась очень эффективной, и к 1900 году во многих странах появляются электрические локомотивы, пассажирские вагоны с тяговыми двигателями (прототипы) электропоездов.
В октябре 1903 года поезд, в составе которого был моторный вагон производства компании Сименс, развил скорость 210 км/ч на участке между Марпенфельде и Цоссеном в районе Берлина.
Первой в мире была электрифицирована железная дорога Балтимор - Огайо протяжённостью 115 км. На ней электроэнергия подводилась к электровозу по третьему рельсу. Напряжение постоянного тока в третьем рельсе было 650 В. Во Франции и Англия в 20-х годах XX столетия электрифицировали дороги на постоянном токе напряжением 1200 и 1500 В. Франция впоследствии перешла на напряжение 3000 В.
Нехватка в СССР паровозного парка в 20-е годы XX-го века, электрификация страны по плану ГОЭЛРО и наличие в стране трудных по профилю участков заставили всерьёз заниматься проектированием и строительством электровозов. Первым участком, электрифицированным в СССР, был Баку - Сабунчи, но там электрификация строилась под пригородное движение. Вторым участком стал Сурамский перевал (Хашури - Зестафони). Этот участок Поти-Тифлисской железной дороги был построен в 1872 году имел первоначально подъёмы до 46 ‰. (то есть на километр пути приходилось 46 метров подъёма), в 1890 году были проведены работы по смягчению профиля участка до 29 ‰.
Работы по электрификации Сурамского перевального участка были начаты в 1928 году, тогда же НКПС начал искать возможность размещения заказа на электровозы для этого участка. Были получены предложения от 6 иностранных фирм, НКПС свой выбор остановил на предложениях Дженерал Электрик (США) и Техномазио Броун Бовери (Италия). С этими фирмами и был заключён контракт на поставку электровозов. Дженерал Электрик должна была поставить 8 электровозов, из них 2 с установленными ТЭД, а на 6 других ТЭД производства московского завода «Динамо» должны были установить уже в СССР. Итальянской фирме было заказано 7 электровозов.
В 1932 построенные в США электровозы прибыли в депо Хашури, где получили обозначение серии С10. 2 августа 1932 года прошла первая обкатка магистрального электровоза на участке Хашури - Лихи. 16 августа 1932 состоялось торжественное открытие электрифицированного участка -пассажирский поезд провёл электровоз С10-03. После этого была начата нормальная эксплуатация электровозов с поездами.
В соответствии с постановлением наркома тяжелой промышленности Г.К. Орджоникидзе от 7 апреля 1932 года с 1932 года были сняты с импорта все промышленные электровозы и специальный электрический подвижной состав. В это же время отечественные заводы начали серийную постройку аккумуляторных электровозов 1-АР-113 (600 мм) и 3-АР-113 (900 мм)(1 и 3 - масса электровоза в тоннах, АР - аккумуляторный, рудничный), все электрическое оборудование для них изготовил завод "Динамо", а механическое - Подольский крекинг-электровозостроительный завод.
Изготовление шахтных электровозов наладили на Харьковском заводе и на на Торецком механическом заводе в г. Дружковке (Донбасс). Постройкой электровозов для промышленности занялись Новочеркаский и Днепропетровский электровозостроительные заводы. Во время войны часть оборудования из Подольска и завода "Динамо" было эвакуировано на Урал, там после войны на Александровском машиностроительном заводе возобновили выпуск электровозов для шахт. Для нужд метростроя и некоторых металлургических заводов было закуплено некоторое количество электровозов на заводе "Ганц-Баймлер", электровозы получили обозначения: контактные 220/550 в. EL5, EL12(колея 600-750 мм, масса 12 т.), EL6(500-630 мм, 8т.), EL11(500-610 мм, 5т.), аккумуляторные EL8(500-600 мм, 7,5 т.), EL9(480-600 мм, 4 т.)
Основной системой питания шахтных электровозов была система постоянного тока напряжением 220 или 550 вольт. Однако было выпущено некоторое количество опытных электровозов ЭК-1 и ЭК-2 на однофазном переменном токе напряжением 380 вольт, с асинхронными тяговыми двигателями, но дальше опыта дело не пошло.
В связи с возросшим выпуском отечественных шахтных электровозов в конце 50-х годов, ввели единую систему обозначения, где первая цифра обозначала массу электровоза в тоннах, затем через тире "КР" или "АР" (контактный рудничный или аккумуляторный рудничный соответственно), затем в аккумуляторных электровозах взрывобезопасного исполнения ставиться буква "В", после этого буквенноцифровое обозначение модели. Практически все электровозы одной весовой категории разных заводов были унифицированы по большинству сборочных узлов. Последнее поколение шахтных электровозов имеет обозначение "К" (контактный) и дальше цифра, обозначающая массу электровозов в тоннах. По требованиям техники безопасности все шахтные электровозы оборудуются пневматическими и электрическими тормозами и песочницами.
В настоящее время выпуск шахтных электровозов, в отличие от другой узкоколейной техники, продолжается, и даже разрабатываются новые модели электровозов (ЗАО ПКФ "Амплитуда" (Украина) разработало и серийно изготавливает электровоз AРП8Т с транзисторной бесконтактной системой управления, на ОАО "Кыштымское машиностроительное объединение" возобновлен выпуск электровозов 3КРA-600, Александровский завод продолжают выпуск рудничных электровозов 7КРМ1, К10, К14М. Новочеркаский электровозостроительный завод выпускает свой вариант электровоза К10 под обозначением КН10).Помимо своего прямого предназначения - передвижения вагонеток в шахтах и на руддворах эти электровозы приспосабливались для работы и в других отраслях промышленности - в основном это карьеры, комбинаты стройматериалов и кирпичные заводы. Электровозы дополнительно приспосабливают для работы на открытом воздухе - увеличивают высоту подвески контактного провода (поднимают токоприемник), оборудуют стандартными сцепными приборами, и, как правило, устраивают более просторную кабину для машиниста.