Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние и перспективы развития транспортных систем глубоких карьеров
1.1. Горно-геологические и горно-технологические условия разработки глубоких карьеров
1.2. Условия, особенности и технико-экономические показатели работы различных видов транспорта глубоких карьеров 15
1.3. Анализ энергопотребления технологическими процессами на глубоких карьерах 33
1.4. Изученность вопросов эксплуатации различных видов карьерного транспорта в глубоких карьерах. Цель, задачи и методы исследования 41
2 Разработка метода энергетической оценки транспортных систем глубоких карьеров 48
2.1. Общие принципы энергетической оценки технологических процессов и транспортных систем глубоких карьеров 48
2.2. Исследование энергетической эффективности различных видов карьерного транспорта 2.2.1. Автомобильный, дизель-троллейвозный транспорт 55
2.2.2. Железнодорожный транспорт , 76
2.2.3. Конвейерный, скиповой транспорт... 87
2.3. Взаимосвязь и общие принципы энергетических и экономических критериев оценки транспортных систем карьеров. 98
Выводы 105
3. Методика автоматизированных расчетов энергетических показателей карьерного автотранспорта на основе геоинформационного банка данных 106
3.1. Общие положения геоинформационного метода математического моделирования при решении задач карьерного автотранспорта 106
3.2. Структура геоинформационного банка данных и алгоритмы расчетов энергетических показателей карьерного автотранспорта 109
3.3. Программное обеспечение автоматизированных расчетов расхода дизельного топлива карьерными автосамосвалами 126
3.4. Практическая реализация методики автоматизированных расчетов карьерного автотранспорта 130
Выводы 132
4. Основные направления снижения энергопотребления технологическим карьерным транспортом 133
4.1. Оценка энергоемкости транспортных систем глубоких карьеров 133
4.2. Пути снижения расхода дизельного топлива технологическим автотранспортом 136
4.3. Пути экономии и рационального использования электрической энергии на железнодорожном и конвейерном транспорте 146
4.4. Новые энергетические источники питания, технологические и конструктивные решения транспортных систем карьеров ближайшего будущего 155
Выводы 159
Заключение 161
Список литературы
- Условия, особенности и технико-экономические показатели работы различных видов транспорта глубоких карьеров
- Исследование энергетической эффективности различных видов карьерного транспорта
- Структура геоинформационного банка данных и алгоритмы расчетов энергетических показателей карьерного автотранспорта
- Пути экономии и рационального использования электрической энергии на железнодорожном и конвейерном транспорте
Введение к работе
Актуальность работы. Вопросы экономии энергетических ресурсов стояли перед обществом во все времена. С повышением уровня развития цивилизации эта актуальная проблема все больше обостряется, перерастая в кризис всей экономики. Характерным примером такого явления стал энергетический кризис в начале 70-х годов XX в. в Европе. Сегодня в России также существует ряд энергетических проблем, обусловленных неплатежеспособностью предприятий и населения, дефицитом энергоресурсов и высокими ценами на энергоносители. Предприятия не в состоянии освоить все возрастающие тарифы на тепловую и электрическую энергию.
Для успешного решения этой проблемы необходимо наладить систему контроля и учета тепловой и электрической энергии; разработку и внедрение эффективных технологических решений, обеспечивающих уменьшение общих и удельных расходов энергии, проведение комплексного анализа предприятий по вопросам энергосбережения; внедрение альтернативных, более экономичных источников получения и передачи энергии. В апреле 1997 года был принят федеральный "Закон об энергосбережении", являющийся основным документом по реализации политики энергосбережения, но этот документ скорее продекларировал остроту проблемы, нежели указал пути ее реализации.
Горнодобывающее производство как одна из наиболее энергоемких отраслей промышленности занимает существенную часть энергетического баланса нашей страны. Энергоемкость открытого способа добычи полезных ископаемых в значительной степени (50-90%) определяется энергозатратами на транспортирование горной массы, имеющими тенденцию к увеличению с ростом глубины разработки. Анализ структуры энергопотребления на карьерах показывает, что наиболее энергоемким является процесс транспортирования горной массы. Увеличение энергоемкости при одновременном интенсивном росте цен на энергоресурсы становится одним из основных факторов, лимитирующих развитие горного производства, и делает необходимым внедрение высокоэффективных энергосберегающих технологий учета и снижения расхода дизельного топлива и электроэнергии технологическим карьерным транспортом.
Тема диссертации соответствует приоритетному направлению «Энергосберегающие технологии межотраслевого уровня» Государственной программы «Критические технологии федерального уровня», утвержденной Председателем Правительственной комиссии по научно-технической политике (21.07.96 г., № 2728П-П8), а также Федеральному закону «Об энергосбережении» № 280 ФЗ от 03.04.97 г.
Целью работы является разработка метода энергетической оценки и практических рекомендаций по снижению энергоемкости транспортных систем глубоких карьеров.
Идея заключается в использовании критериев минимизации удельных энергозатрат на подъем горной массы и удельного действия отдельных видов транспорта при формировании энергетически эффективных транспортных систем глубоких карьеров.
Объектами исследования являются транспортные системы глубоких карьеров, предметом исследования - энергетические показатели работы различных видов карьерного транспорта.
В диссертации использован комплекс научных методов исследований, включающий: . научное обобщение и технико-экономический анализ опыта разработки глубоких карьеров, формирования и эксплуатации транспортных систем; . энергетический анализ процессов и технологических схем открытых горных работ; . геоинформационное и экономико-математическое моделирование при разработке моделей транспортных коммуникаций и энергетических показателей карьерного автотранспорта; .многофакторный регрессионный анализ при исследовании энергоемкости различных видов транспорта; методы дифференциального исчисления при обосновании оптимальных уклонов транспортных коммуникаций;
Основные научные положения, представляемые к защите:
Использование в качестве основного критерия минимума затрат первичных энергоресурсов на подъем горной массы, а в качестве дополнительного - минимума удельного действия, связывающего энергозатраты с производительностью и организацией работы транспортной системы, позволяет разрабатывать стратегию формирования энергетически эффективных транспортных систем глубоких карьеров.
Повышение энергетической эффективности транспортных систем глубоких карьеров может быть достигнуто увеличением уклонов транспортных коммуникаций. Для каждого вида транспорта существуют оптимальные уклоны внутрикарьерных трасс, обеспечивающие минимальные энергозатраты на подъем горной массы.
Комплексное использование совокупности автоматизированных баз данных горно-транспортного оборудования, системы автотранспортных коммуникаций и первичной маркшейдерской информации как геоинформационного банка данных позволяет повысить научную обоснованность и точность расчетов энергетических показателей карьерного автотранспорта при планировании и нормировании расхода дизельного топлива.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертации подтверждаются: исходными предпосылками, основанными на фундаментальных положениях теории открытой разработки месторождений и теории формирования транспортных систем карьеров; результатами анализа горно-геологических и горнотехнических условий разработки глубоких карьеров и энергетических показателей технологических процессов за 1970-2000 г.г.; корректной статистической обработкой результатов наблюдений по методикам Госстандарта РФ; сходимостью результатов теоретических исследований и моделирования с результатами опытно-промышленных испытаний; апробацией и внедрением рекомендаций и нормативных материалов на промышленных предприятиях. Относительная ошибка отклонения расчетных параметров и показателей от фактических не превышает 3-5% с вероятностью 0,95 .
Научная новизна работы заключается в: развитии метода энергетической оценки различных видов карьерного транспорта, базируюш,егося на установленных зависимостях удельных энергозатрат на подъем горной массы от параметров внутрикарьерных трасс и позволяющего формировать энергетически эффективные транспортные системы глубоких карьеров; . создании системы автоматизированных расчетов энергетических показателей технологического автотранспорта, основанной на геоинформационном моделировании автотранспортных коммуникаций карьера, выполняющей экспертно-советующие функции; установлении оптимальных.уклонов карьерных трасс при эксплуатации различных видов транспорта.
Практическая ценность работы. Использование результатов исследований позволяет: оптимизировать зоны эксплуатации различных видов транспорта по глубине карьеров и сократить энергозатраты на транспортирование горной массы; с , . , принимать научно обоснованные решения на стадии проектирования, обеспечивающие энергетически эффективную работу транспортных систем глубоких карьеров; обеспечивать автоматизированное решение задач анализа, планирования и нормирования энергетических показателей технологического автотранспорта глубоких карьеров.
Личный вклад автора состоит в: разработке критериев оценки энергетической эффективности различных видов карьерного транспорта; обосновании оптимальных по энергетическому критерию уклонов автомобильных, железнодорожных и конвейерных трасс; разработке методики автоматизированных расчетов энергетических показателей карьерного автотранспорта на основе геоинформационного банка данных; разработке мероприятий по сокращению энергозатрат на эксплуатацию различных видов транспорта глубоких карьеров;
Реализация результатов работы. Результаты исследований послужили теоретической основой разработки ряда методических материалов и рекомендаций, используемых на горнодобывающих предприятиях и в учебном процессе.
Научно обоснованные «Линейные дифференцированные нормы расхода дизельного топлива для автосамосвалов БелАЗ-75405, БелАЗ-7519 и Бе- лАЗ-7512» внедрены в ОАО «Ураласбест» (1999г.).
Основные научные положения диссертационной работы включены в программу методического семинара «Энергетические принципы оценки и оптимизации технологических процессов открытой разработки месторождений полезных ископаемых» для студентов специальности 090500 Уральской государственной горно-геологической академии, используются при чтении лекций по технологическим дисциплинам, в курсовом и дипломном проектировании.
Апробация работы. Основные положения диссертации и ее отдельные результаты обсуждены и одобрены на семинарах кафедры РМОС Уральской государственной горно-геологической академии, лаборатории транспортных систем и геотехники ИГД УрО РАН, на Международной конференции «Проблемы геотехнологии и недроведения» (г. Красноярск, 1999 г.), Всероссийских конференциях «Компьютерные технологии в горном деле» (г. Екатеринбург, 1996,1997, 1998, 1999 и 2000 гг.); в ОАО Институт "Уралгипрору- да" и ОАО "Ураласбест".
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 205 страницах машинописного текста, включает 27 рисунков, 51 таблиц, список литературы из 170 наименований, 3 приложений. А
Условия, особенности и технико-экономические показатели работы различных видов транспорта глубоких карьеров
Основной особенностью развития мировой горной промышленности на обозримую перспективу является устойчивая ориентация на открытый способ разработки, обеспечивающий наилучшие экономические показатели. Удельный вес открытого способа разработки составляет в мире 72-73%, в США - 83% , в странах СНГ - около 70%) [82]. В России открытым способом добывается более 60% угля, 91% железных руд и более 70% руд цветных металлов. Высокий удельный вес открытого способа разработки в России свидетельствует о сохранении этого генерального направления развития горнодобывающих отраслей промышленности при переходе к рыночной экономике. Развитие открытого способа разработки характеризуется ростом концентрации производства, сопровождается увеличением глубины и пространственных размеров карьеров, расстояний транспортирования и сложности доставки горной массы на поверхность.
В 1995 г. 18 железорудных карьеров имели глубину более 200 м, а 5 (Соколовский, Сарбайский, Ковдорский, Ингулецкий и карьер ЮГОКа) -более 300 м. На них было добыто горной массы, соответственно, 56,0 и 13,1% общих объемов (табл. 1.1.1, рис. 1.1.1). Средневзвешенная глубина железорудных карьеров за 10 лет (с 1985 по 1995 гг.) увеличилась на 40,6 м (с 174,9 до 215,5 м). Анализ проектных решений показывает, что большинство действующих в настоящее время железорудных карьеров будет эксплуатироваться и после 2005 г. На карьерах глубиной 200 м и более по замкнутому контуру намечается добывать к 2005 г. 70-76% руды и 78-82% горной массы. Таким образом, основной объем добычи и выемки горной массы в железорудной подотрасли в ближайшее десятилетие будет осуществляться в основном путем освоения глубоких горизонтов.
Аналогичны тенденции и в других отраслях горнодобывающей промышленности. Среди угольных разрезов самым глубоким является Коркин-ский (проектная глубина 630 м, фактическая - 455 м). Разрезы Кедровский, Междуреченский, им.50-летия Октября достигли глубины 200- 220 м при проектной глубине 300-360 м. Карьеры Кальмакырский, Маднеульский, Сор-ский, Ждановский, Учалинский, разрабатывающие руды цветных металлов, имеют глубину 220-280 м при проектной глубине 330-470 м. Среди нерудных карьеров наиболее глубокими являются Баженовские ОАО "Уралас-бест". В настоящее время глубина Центрального карьера 285 м, а Южного -300 м; проектом предусмотрена разработка этих месторождений до глубины 680 м. метров. Кимберлитовые карьеры АК "Алмазы России - Саха" имеют проектную глубину до 500-600, фактическую - 200-350 м
Зарубежные глубокие карьеры представлены в основном предприятиями, разрабатывающими месторождения руд цветных металлов: Бингхем, Твин Бьюте, Беркли, Мишон, Сиеррита (США), Чукикамата (Чили), Эндако (Канада), Антик (Швеция), Токвепала (Перу), Эрцберг (Австрия) и др. Проектная глубина этих карьеров, как правило, превышает 250-300 м, а карьеры Палабора, Сиеррита и Токвепала будут разрабатываться до глубины 500-550 м [19]. Вопросы разработки глубоких карьеров теоретически были поставлены в 50-60-х годах XX в. К тому же времени относятся первые классификации карьеров по глубине, в основу которых была положена разница отметок дна карьера и поверхности. К глубоким были отнесены карьеры, рабочие горизонты которых расположены на глубине 100-150 м. Под влиянием технического прогресса в горной промышленности понятие "глубокий карьер" претерпевало изменения [19]. В 80-х годах академик В.В. Ржевский к глубоким относит карьеры, имеющие глубину более 200 м [95,110]. В тот же период В.В. Ржевским сформулированы характерные особенности глубоких карьеров, заключающиеся в следующем [95]: большая производственная мощность по руде (10-25 млн. т/год и более) и по горной массе (50-60 млн. т/год и более);
В последние годы конкретизации понятия "глубокий карьер" был посвящен ряд работ чл.-корр. РАН В.Л. Яковлева [165-168]. Им отмечается, что "относительно решения вопросов вскрытия карьеров и транспортирования горной массы карьер следует считать глубоким, если с применением действующего на карьере вида транспорта без замены его технических средств или пересмотра (реконструкции) схемы вскрытия достижение транспортными средствами нижних горизонтов становится невозможным или неэкономичным. При таком подходе понятие "глубокий карьер" не является строго детерминированным и зависит, во-первых, от конкретных горнотехнических условий, во-вторых, изменяется во времени в связи с техническим прогрессом" [165].
В.Л. Яковлевым предложена систематизация глубоких карьеров по условиям формирования их транспортных систем. Карьеры были разделены на ряд групп, для каждой из которых наиболее предпочтительна своя последовательность развития карьерного пространства и закономерность формирования транспортной системы. К числу характерных признаков помимо глубины карьера отнесены его пространственные размеры в плане, запасы полезного ископаемого непроизводственная мощность по горной масс а фиком В.В. Ржевским выделено два общих направления решения проблемы разработки глубоких карьеров [95]: предотвращение или снижение отрицательных последствии роста глубины карьеров; . компенсация отрицательных последствий за счет применения новых технологий и техники.
Исследование энергетической эффективности различных видов карьерного транспорта
При энергетической оценке транспортных систем глубоких карьеров возникают два ключевых вопроса, требующих решения.
Первый связан с приведением тепловой энергии дизельного топлива, потребляемой автотранспортом, и электрической энергии, расходуемой конвейерным и железнодорожным транспортом, в сопоставимый вид. В этом направлении в отечественной литературе существует несколько подходов. Один из них, предложенный проф. Тангаевым И.А., заключается в переводе расхода дизельного топлива автосамосвалами из натуральных единиц (г, кг) в кДж или кВт-ч путем умножения на удельную теплоту сгорания дизтоплива бдт (Од.т = 43,5 кДж/г = 12,08 кВт-ч/кг) и сравнении с фактическим расходом электроэнергии электрифицированными видами транспорта [137]. Такой подход нельзя признать методически правильным, так как он приводит к энергетической "дискредитации" автомобильного транспорта. Здесь мы сравниваем дизельное топливо - источник энергии, максимально приближенный к первичному (сырой нефти), с электроэнергией, являющейся вторичным источником энергии и вырабатываемой на тепловых и гидроэлектростанциях. При другом подходе, получившем достаточно широкое распространение в практике, расход электроэнергии приводится к расходу дизтоплива путем умножения на коэффициент, характеризующий удельный расход топлива на выработку 1 кВт-ч электроэнергии на дизельных электростанциях (230-250 г/кВт-ч) [120]. Здесь мы явно завышаем энергоемкость электрифицированных видов транспорта, поскольку основной объем электроэнергии горнодобывающие предприятия получают с электростанций, работающих на природном газе, угле и мазуте. Разница в оценках удельной энергоемкости отдельных видов транспорта глубоких карьеров при использовании указанных методик составляет 3,0-3,5 раза.
По нашему мнению, наиболее объективно сопоставление путем приведения расхода электроэнергии и дизельного топлива к расходу первичных энергоресурсов, т. е. к "условному топливу" (у.т.), с учетом соответствующих затрат энергии на их добычу, переработку и транспортирование. Аналогичный подход получил распространение за рубежом. Так, в США и Англии в качестве критерия энергетической оценки используют британскую тепловую единицу (БТЕ) - количество тепловой энергии, которое необходимо затратить, чтобы поднять температуру 1 фунта воды на1F(1 БТЕ = 0,252 кал/кг).
Второй вопрос связан с выбором и обоснованием критерия оценки энергетической эффективности транспортных систем глубоких карьеров и отдельных видов транспорта. Критерий оценки энергетической эффективности транспортных систем является тем основным фактором, который должен определять достоверность результатов работы транспорта глубоких карьеров и эффективность принимаемого решения. Широко используемые в практике открытых горных работ критерии (кВт-ч/т, г/т, кВт-ч/ткм, г/ткм), учитывающие расход энергии на единицу объема перевезенной горной массы или на единицу грузооборота, малоинформативны и не отражают специфики глубоких карьеров. Исходя из функций транспорта глубоких карьеров, в качестве основного критерия оценки энергетической эффективности может быть принята величина удельных затрат энергии на подъем 1 т горной массы из карьера, приведенной к первичным энергоресурсам - условному топливу (у.т.).
При равных или близких показателях удельной энергоемкости, отдельных моделей транспортных средств, видов транспорта или транспортных систем необходимо использовать дополнительный критерий - удельное дей стеие. Действие, [Дж с] - это физическая величина,.представляющая собой произведение количества энергии, расходуемое на перемещение объекта и времени его перемещения. В физике известен принцип наименьшего действия (принцип Гамильтона), который с определенными допущениями можно распространить на транспортные системы карьеров. Тогда удельное действие запишется следующим образом а = а К - к(ж) = "к(ж) к(ж) (2.1.13) где Da, Вк(ж) - удельное действие, соответственно, автомобильного и конвейерного (железнодорожного) транспорта, г у.т.-с/тм;
to, к(ж) - среднее время подъема горной массы, соответственно, автомобильного и конвейерного (железнодорожного) транспорта, с.
Для дизельных двигателей, применяемых на автосамосвалах Белорусского автозавода, gR = 208- 236 г/кВт-ч, a r/Q = 35,1- 39,4%. Эти показатели соответствуют мировому уровню. Вместе с тем значения gH, приводимые в паспортных данных, характеризуют топливную экономичность новых двигателей. С увеличением изношенности двигателей наблюдается рост удельного расхода топлива. На основании обработки статистических данных установлено, что для отечественных двигателей вследствие меньшей надежности этот рост носит более интенсивный характер, чем для зарубежных (рис. 2.2.1).
Структура геоинформационного банка данных и алгоритмы расчетов энергетических показателей карьерного автотранспорта
В течение многих лет успешно применяется метод экономического сопоставления вариантов, заключающийся в определении затрат только на заданный период [170]. Этот метод базируется на моделировании и анализе потоков денежных средств, образуемых предстоящими затратами и получаемыми при этом результатами, позволяет оценить эффективность применения различных видов карьерного транспорта, а также сравнить их экономиче скую эффективность. Метод позволяет обоснованно определить необходимый объем финансирования и моменты времени.
До начала расчетов необходимо сформировать расчетные варианты (в том числе и базовый) и иметь достаточно ясное представление об инженерной части каждого из них. Исходные данные должны также содержать всю необходимую информацию о стоимости всех элементов проекта, налоговом и правовом обеспечении, экономической ситуации и т.д.
Экономическая оценка технологического карьерного транспорта сводится, по существу, к выбору критериев экономической оценки. С одной стороны, служит ориентиром при определении и рассмотрении возможных вариантов отработки запасов при эксплуатации различных видов карьерного транспорта, с другой - является инструментом или аргументом для принятия однозначного решения в пользу того или иного вида карьерного транспорта.
В расчетах предлагается применять следующие экономические показатели: 1. Величина капитальных вложений. Если капитальные вложения осуществляются не единовременно, определяются суммарные капитальные вложения. 2. Ежегодные производственные затраты. 3. Поток реальных денег (CJ) (поток денежной наличности - Cash Flow). Он представляет собой совокупность эффектов, достигаемых в каждом периоде осуществления проекта, т.е. денежную наличность, получаемую на каждом шаге расчета и образующую налог денежной наличности. 4. Интегральный эффект, или накопленный поток денежной наличности. Определяется как сумма годовых эффектов в текущих ценах за весь расчетный период. 5. Чистый дисконтированный доход, или дисконтированный интегральный эффект. Этот показатель представляет собой дисконтированный суммарный поток денежной наличности за расчетный период и определяет приведенный к году вложения капитала интегральный эффект от реализации рассматриваемого варианта проекта. 6. Индекс доходности (PI), или индекс прибыльности. Он представляет собой отношение суммы приведенных эффектов к величине капиталовложений. Если индекс доходности Р1 1, то проект эффективен, если Р1 1, то проект неэффективен. 7. Внутренняя норма доходности (NPV), или внутренняя норма прибыли, рентабельности, возврата инвестиций. Она представляет собой значение нормы дисконта, при которой NPV = 0, т.е. сумма приведенных эффектов равна приведенным капиталовложениям. 8. Срок окупаемости - минимальный интервал времени (от начала существования проекта), за пределами которого интегральный эффект (накопленный поток денежной наличности с дисконтированием - ЫРУиш без дисконтирования - CCF) становится и в дальнейшем остается неотрицательным. Срок окупаемости удобно определять графо-аналитическим путем по графикам изменения. 9. Удельная себестоимость продукции - один из наиболее наглядных показателей эффективности. Она определяется на каждом шаге расчетного периода в соответствии с принятыми правилами расчета себестоимости продукции.
Методику расчета потока денег и составления таблицы Cash Flow рассмотрим на примере оценки эффективности автомобильного и железнодорожного видов карьерного транспорта в условиях Баженовских карьеров.
Продолжительность расчетного периода 10-15 лет. Расчет следует выполнять в прогнозных ценах с приведением разновременных показателей и их ценности в начальном периоде.
Исходные данные, необходимые для расчета потока денег, принимаются на основе технологических и экономических расчетов, в которых определяются годовые объемы транспортных работ; на основе нормативно-справочной литературы и отчетным технико-экономическим показателям предприятий с аналогичными условиями.
Для расчета и оценки карьерного транспорта приняты следующие исходные данные: 1) объём транспортных работ Qmp = 37,4 млн. т/год; 2) себестоимость автотранспортных работ Smp = 0,5 долл./т, 3) себестоимость транспортных работ на ж.д. транспорте, Smp = 0,14 долл./т; 4) цена транспортирования 1 т горной массы Ц =0,9 долл./т. Для реконструкции предприятия взяты соответствующие кредиты. Процент за кредит выплачивается со второго года эксплуатации карьера после реконструкции карьера. Кредит должен быть возвращен не позднее 3 лет после полученного последнего взноса в виде ежегодных сумм, размеры которых определяются финансовыми возможностями предприятия.
Пути экономии и рационального использования электрической энергии на железнодорожном и конвейерном транспорте
Основным потребителем электроэнергии на горнорудных предприятиях является железнодорожный транспорт. Он потребляет до 85% общего расхода электроэнергии по предприятию.
С возрастанием глубины карьеров резко возрастают энергозатраты, увеличивается расстояние транспортирования, снижается производительность и растет трудоемкость железнодорожного транспорта. Увеличение высоты подъематорной массы на 1 т горной массы железнодорожным транспортом на каждые 100 м повышает энергозатраты на 2,5 кВт. Этот же показатель для остального имеющегося в карьере оборудования, занятого в других технологических процессах (экскавация, бурение, водоотлив, освещение и т. д.), составляет всего 1,03-1,05 кВт. Возрастание энергозатрат с глубиной разработок отрицательно влияет на эффективность железнодорожного транспорта.
Так же, как и в случае автотранспорта, важным направлением энергосбережения на железнодорожном транспорте является увеличение уклонов путей. Увеличение руководящих уклонов железнодорожных путей позволяет сократить объемы горнокапитальных работ по строительству внешних траншей и увеличить глубину их заложения, обеспечивая непосредственные (без тупиков) заезды с поверхности на большое число горизонтов. Для достижения конечной глубины карьера при больших величинах руководящих уклонов, в сопоставлении с применяемыми в практике проектирования и эксплуатации, требуется организация меньшего числа внутрикарьерных разделительных пунктов, что несомненно упрощает общую схему транспортных коммуникаций. При сокращении же протяженности основных выездов и соединительных путей уменьшаются объемы путепереукладочных работ. Кроме того, уменьшается расстояние транспортирования за счет преодоления необходимой высоты подъема с большим уклоном, а это, в свою очередь, приводит к сокращению числа транспортных средств, затрат на устройство транспортных коммуникаций и т. д.
Увеличение полезного веса поездов при практически равных скоростях движения позволяет повысить провозную способность перегонов, что, в свою очередь, снижает удельный вес расходов на сооружение и содержание путевого развития и приводит к снижению энергопотребления железнодорожным транс портом.
Сокращение расхода электроэнергии на перевозку горной массы достигается за счет того, что в моторных вагонах дополнительно перевозится полезный груз, вес которого в современных агрегатах составляет 90-110 т. При электровозной тяге такой же, как у агрегата, сцепной вес достигается за счет веса электровозов, являющегося так называемым мертвым весом поезда. Использование моторных вагонов для перевозки груза позволяет в течение года перевезти дополнительно 300-500 тыс. т горной массы. При среднем расходе 0,18 кВт-ч на 1 ткм перевозок экономия затрат на электроэнергию составляет 9-13 тыс. руб. в год в расчете на один тяговый агрегат сцепным весом 360 т. Кроме того, некоторая экономия электроэнергии будет и при движении в порожняковом направлении, так как вес порожнего состава, приходящийся на единицу мощности, будет для тяговых агрегатов меньше, чем для электровозов.
К основным технологическим преимуществам мотор-вагонной тяги следует отнести также возможность увеличения уклонов путей выездных траншей до 60 - 80 /оо что позволяет сократить объемы горнокапитальных и вскрышных работ, а также расширить область эффективного применения железнодорожного транспорта на глубоких карьерах. Несомненным преимуществом этого вида тяги является также способность освоения в 2,0-2,8 раза больших объемов перевозок, что весьма важно для современных и перспективных особо мощных карьеров/
Тяговые агрегаты при движении на уклонах потребляют большие тяговые токи. В большинстве случаев низкие номинальные напряжения в контактном проводе (1,5 кВ постоянного тока) не обеспечивают энергопитания тяговых агрегатов, вызывают дополнительные потери в сетях. Внедрение тяговых агрегатов на карьерах осуществляется вместе с повышением напряжения в контактной сети до 3 кВ постоянного и до 10 кВ переменного тока позволит обеспечить надежное энергоснабжение электрифицированных карьерных путей при глубине карьеров 300 м и более.
Важную роль в повышении энергетической эффективности железнодорожного транспорта играет совершенствование тяговых свойств локомотива, повышение надежности его работы, т.е. такие качества, которые характеризуют технический уровень. В этом отношении тяговый агрегат, состоящий из нескольких (двух или трех) тяговых единиц, имеет определенные преимущества перед электровозами, работающими по системе многих единиц и имеющими общий сцепной вес, равный сцепному весу тягового агрегата. К таким преимуществам следует отнести уменьшение числа силовых аппаратов и машин. На тяговом агрегате переменного тока устанавливается один мощный силовой трансформатор, два фазорасщепителя, два мотор-компрессора, общие для всех тяговых единиц, тогда как при электровозной тяге эти машины устанавливаются на каждом электровозе.
Глубина вывозки горной массы железнодорожным транспортом 300 — 350 м при уклонах выездных путей 60-80%о является предельной для локомотивной тяги (по прочности ударно-тяговых приборов, нагреву основного электрооборудования и передаче энергии по контактной сети). Вместе с тем при сохранении существующих темпов увеличения глубины карьеров можно предположить, что в будущем глубина ряда карьеров достигнет 400 м.
Для обеспечения эффективного применения электрической тяги на карьерах глубиной 500 - 700 м необходимо создание такого типа ЭПС, который мог бы надежно работать на выездных путях из карьера с уклоном 140-160%о при сохранении оптимальной весовой нормы поезда для рационального использования горного и транспортного оборудования. Этим требованиям в полной мере будет отвечать перспективный карьерный электропоезд (ЭКА), включающий в себя моторные думпкары, все оси которых имеют привод от асинхронных тя 148 говых двигателей. Мощность тяговых двигателей выбирают из расчета, чтобы каждая тяговая единица ЭКА на максимальном руководящем подъеме (160%о) обеспечивала движение по траншее с установившейся скоростью 25 км/ч. Благодаря этому на автосцепные устройства будут действовать только силы продольной динамика поезда, а суммарная сила тяги всех единиц ЭКА при движении по руководящему подъему не будет ограничена прочностью сцепных устройств. Рассредоточение силы тяги на все оси электропоезда снимает также ограничение по сцеплению колесных пар с рельсами (для обеспечения требуемой силы тяги на уклоне 160%0 достаточно устойчиво реализовать коэффициент сцепления 0,18). Применение на всех тяговых единицах ЭКА асинхронных тяговых двигателей, которые при движении по руководящему подъему траншеи получают питание непосредственно от трехфазной контактной сети (два контактных провода и рельсы), позволяет значительно уменьшить требуемую мощность преобразователя, устанавливаемого на локомотиве управления, благодаря чему существенно снижается масса тары поезда. Трехфазная система энергоснабжения траншейных путей снимает ограничение по предельной мощности, передаваемой по контактной сети при том же номинальном напряжении (10 000 В).
