Одним из важных видов работ при обслуживании карьерных железнодорожных путей в зимний период являются защита от снега, снегоуборка и борьба со смерзаемостью.
Более 80% всех карьеров расположено в климатических зонах, где снежный покров в зимний период достигает значительных размеров. В этих условиях эффективная защита и очистка от снега транспортных коммуникаций является залогом бесперебойной работы.
Для уборки и очистки снега в карьерах используются отвальные плуги МОП-1, снегоочистители «Таран», шнекороторные снегоочистители и снегоочистительные машины СМ-2. На карьерах Соколовско-Сарбайского, Оленегорского, Коршуновского, Криворожских ГОКов и других внедрены изготовленные собственными силами реактивные снегоочистители на базе отработавших моторесурс авиационных двигателей типа ВК-1 и ВК-1а. В условиях Заполярья и Сибири эти установки используются, кроме очистки от снега, для оттаивания примерзших звеньев. На Норильском ГМК нашли широкое применение на работах по снегоочистке, особенно на станционных путях, бульдозеры, там же успешно применяется несколько воздушных снегоочистительных установок «Вихрь», изготовленных в условиях комбината. Применение одной такой машины дает годовую экономию более 15 тыс. руб. Кроме этого, внедряется обдув стрелочных переводов сжатым воздухом, что в условиях Севера эффективнее электроподогрева. Из указанных способов очистки снега высокой эффективностью отличаются реактивные (рис. 14) и воздушные снегоочистители.
Рис. 14. Реактивный снегоочиститель со снятым соплом (Соколовско-Сарбайский ГОК)
Воздушные снегоочистители представляют собой платформу грузоподъемностью 20 т с установленными на ней мощными вентилятором и двигателями. Струя воздуха через раструб направляется на путь под платформой и выдувает снег в сторону от рельсового пути, по которому движется снегоочиститель. Управление агрегатом выполняется из кабины электровоза, который транспортирует его. Производительность установки при очистке неслежавшегося снега составляет 3 км/ч. Применение одной машины высвобождает около 100 рабочих, задалживаемых на расчистке путей во время снегопадов.
Высокой трудоемкостью и низкой производительностью отличаются работы по освобождению вмерзшей в балластное основание путевой решетки. В целях предупреждения смерзаемости в карьерах, расположенных на Урале, Алтае, Казахстане, производится сезонная подъемка передвижных железнодорожных путей на свежий балласт. Работы выполняются перед началом зимнего и весеннего периодов. В условиях Украины и Центра, где в зимний период возможны чередования заморозков и оттепелей, эти мероприятия малоэффективны. В условиях Сибири и Заполярья при значительных перепадах температур земляного полотна и наружного воздуха, вызывающих смерзание путевой решетки и балластного слоя, сезонная подъемка путей также не приводит к положительным результатам. В связи с этим разработка и внедрение эффективных методов защиты путевой решетки от примерзания являются одним из важных направлений совершенствования карьерных путевых работ в этих условиях.
В настоящее время применяются следующие способы освобождения путевой решетки, вмерзшей в балластное основание:
- отдирка шпал, выполняемая специальными машинами;
- оттаивание шпал реактивными снегоочистителями и турбореактивными теплогенераторами;
- внесение в балластное основание водорастворимых солей, понижающих температуру замерзания балласта;
- смачивание балластного материала маслами при погрузке его в вагоны-дозаторы;
- размораживание балластного слоя горячими водой или растворами.
Для производства шпалоотдирочных работ предприятиями и проектно-конструкторскими организациями создано несколько типов машин. К таким машинам относятся ползучий путеподъемник, конструкция которого предусматривает отрыв путевой решетки за счет передвижения его под шпалами, и шпалоотдирочная машина РМВ-2, основанная на использовании эффекта вибрации, рабочий орган которой представляет собой вибратор ВПП-4А, установленный на железнодорожной платформе. Освобождение шпал производится за счет вибрационного рыхления мерзлого грунта в междушпальном пространстве. Указанные машины проходят опытно-промышленные испытания.
Наиболее часто применяется оттаивание путевой решетки горячими газами реактивных снегоочистителей. Однако из-за низкого коэффициента передачи тепла производительность этих машин невысока. Данные карьеров свидетельствуют, что сменная производительность реактивных установок на оттаивании составляет 100—120 м, а расход топлива достигает 7—8 т в смену.
Более эффективным является применение турбореактивных теплогенераторов. Эти машины имеют турбореактивный двигатель, установленный на железнодорожной платформе совместно с кабиной управления и топливным баком, подвижное сопло которого соединено с двумя специальными железнодорожными платформами, имеющими внутренние герметично закрытые полости, обращенные к дорожному полотну. Платформы оборудованы устройствами, позволяющими равномерно распределять поток газов по полости. Комплекс работает циклично или непрерывно, в зависимости от температуры наружного воздуха. Установка перемещается локомотивом. Опытный образец такой машины изготовлен в условиях ЮГОКа. При цикличном способе размораживания на глубину 25—30 см время цикла составляет 2,5— 3 мин, производительность достигает 420—500 м/ч. Если балласт загрязнен глинистыми включениями или просыпью, время цикла увеличивается более чем в 2 раза, производительность уменьшается до 170—210 м/ч.
Способ защиты от промерзания путевой решетки методом внесения в балластный слой водорастворимых солей основан на понижении температуры его замерзания. Так, при внесении соли хлористого натрия температуру смерзания балласта можно понизить до минус 25°С. При более низких температурах способ теряет свою эффективность. Результаты промышленного внедрения способа в условиях карьера Коршуновского ГОКа свидетельствуют, что расход соли хлористого натрия для создания незамерзающего грунтового раствора составляет 25—30 кг на квадратный метр балластного основания. При температуре ниже минус 25° С грунтовый раствор замерзает независимо от концентрации соли. Пропитка шпал соляными растворами эффективна только при одноразовом применении. При повторных переукладочных работах тонкий незамерзаемый слой между шпалой и балластом нарушается, а для восстановления его требуется повторная пропитка шпал раствором.
Смачивание балласта маслами показывает положительные результаты в сочетании с повышенным фракционным составом высококачественного щебня или гравия. Применение этого способа в два раза снижает трудоемкость работ по очистке рельсо-шпальной решетки при ее перемещении. К недостаткам относятся большой расход масел — до 30—35 л на 1 м3 балласта и их высокая стоимость — 33—45 руб. за 1 т, что существенно повышает стоимость процесса.
Размораживание балластного слоя горячими водой или соляными растворами при их температуре 80—90° С отличается простотой и небольшой стоимостью. Технология перемещения железнодорожных путей с размораживанием балластного слоя горячими водой или растворами заключается в следующем.
Перед укладкой участка пути подготавливается временная автодорога для подвозки горячей воды. Заливка пути производится из цистерны, установленной на автомашине, через специальную насадку, позволяющую создавать равномерность заливки по ширине при движении автомобиля вдоль пути. С целью уменьшения охлаждения горячей воды насадка устанавливается на небольшой высоте (10—20 см выше уровня головки рельса). Понижение температуры воды в цистерне за время перевозки на расстояние 3—5 км составляет 4—8° С при температуре окружающей среды минус 10—15° С и при начальной температуре воды в цистерне 80—90° С. Подготовка горячей воды и заправка автоцистерн может производиться в котельной карьеров.
Через 15—20 мин после заливки производится переукладка размороженного пути.
Установлено, что при температурах окружающей среды минус 10—15° С и заливаемой воды 80—90° С при фракционном составе щебня 30—90 мм время между заливкой и переукладкой пути может достигать 60— 90 мин. Снятое железнодорожное полотно (звено) после размораживания не требует дополнительной очистки, а производительность размораживания составляет 100— 150 м в час. Эффективность способа снижается с увеличением плотности балластного слоя, его загрязненности и с уменьшением фракционного состава балласта.
В табл. 27 приведены технико-экономические показатели различных способов размораживания и защиты от смерзания балластного слоя применительно к условиям карьера Криворожского Южного ГОКа.
Таблица 27
Технико-экономические показатели способов размораживания и защиты от смерзания железнодорожных путей (по данным карьера ЮГОКа)
Показатели | Без размораживания | С размораживанием или защитой от смерзания | |||
турбореактивным теплогенератором | Горячими растворами | Обработкой балласта маслами | обработкой путевой решетки водорастворимой солью | ||
Усилие отрыва одного звена от балластного основания, тс | 28—35 | 5—8 | 5—7 | 9—15 | 17—25 |
Трудоемкость очистки от балласта 100 пог. м путевой решетки после ее отрыва, чел.-ч . | 60—90 | 3—5 | 2—4 | 12—25 | 45—70 |
Производительность переукладки при шаге 13—15 м, м/ч | 6—12 | 50—80 | 50—80 | 30—40 | 12—25 |
Затраты на размораживание | 100—120 | 15—20 | 8—10 | 30—50 | 80—100 |
Карьерный водоотвод чаще всего осуществляется сооружением дренажных канав вдоль железнодорожных путей. Спуск воды производится на нижележащие горизонты к водоотливным установкам. Для спуска воды устраиваются поперечные дренажные канавы. Сечение дренажных канав зависит от максимальных притоков воды в периоды таяния снега или осенних дождей. Обычные размеры канав: понизу — 700 мм, поверху — 1000 мм, высота 500—800 мм. Для пропуска воды через железнодорожное полотно укладываются металлические или железобетонные трубы.
Для сооружения дренажных канав применяются экскаваторы, канавокопатели и бульдозеры.
Водоотвод постоянных путей производится с учетом строительных норм и правил. Дренажные канавы для водоотвода постоянных путей, как правило, бетонируются.
Таблица 28
Стоимость путевых работ
Показатели | Михайловского | Криворожского Центрального ГОКа | Качканарского ГОКа | Оленегорского ГОКа | Коршуновского ГОКа |
Годовой объем перевозок, млн. т | 12,1 | 42,5 | 29,0 | 15,8 |
|
Протяженность карьерных путей, км | 21,0 | 36,0 | 34,5 | 39,3 | 39,0 |
Стоимость путевых работ, тыс. руб. (%) .. | 451,0 (100) | 435,0 (100) | 657,0 (100) | 749,3 (100) | 757,5 (100) |
В том числе (%), зарплата . . | 40,0 | 44,0 | 32,0 | 38,0 | 39,0 |
материалы . | 30,0 | 32,0 | 44,0 | 31,0 | 28,0 |
запасные части . | 4,0 | 3,0 | 5,0 | 8,0 | 10,0 |
услуги цехов | 4,0 | 8,0 | 8,0 | θ,ο | 9,0 |
амортизация оборудования | 10,0 | 9,0 | 7,0 | 9,0 | 10,0 |
прочие .. | 12,0 | 4,0 | 4,0 | 8,0 | 4,0 |
Годовая стоимость эксплуатации 1 км карьерных железнодорожных путей, тыс. руб. . . | 23,0 | 15,0 | 19,0 | 19,0 | 18,9 |
Рис. 15. Зависимость стоимости путевых работ С от объема перевозок Q в карьерах:
1 — I категории; 2—II категории; 3 — III категории
Водоспускные трубы сооружаются из железобетонных колец с обязательным устройством оголовок для предохранения от размыва земляного полотна в периоды максимальных притоков воды.
Технико-экономический анализ показывает, что стоимость рассматриваемого процесса зависит от объема перевозок горной массы, протяженности передвижных путей, кратности их переукладки и категории карьера по трудоемкости путевых работ. Зависимость стоимости от этих факторов могут характеризовать годовые затраты участков внутрикарьерных путей. Результаты анализа, выполненного по данным некоторых крупных карьеров с различными горнотехническими условиями, приведены в табл. 28 и на рис. 15.
На основании установленных закономерностей изменения стоимости путевых работ в зависимости от объемов перевозок горной массы составлены следующие эмпирические формулы:
для карьеров I категории и для карьеров II категории:
