ОПТИМИЗАЦИЯ МАРШРУТОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭКСКАВАТОРНО-АВТОМОБИЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ В УСЛОВИЯХ ШУБАРКОЛЬСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Введение

Эффективное управление экскаваторно-автомобильными комплексами (ЭАК) играет решающую роль в обеспечении рентабельности и конкурентоспособности горнодобывающих предприятий. В условиях Шубаркольского месторождения, одного из крупнейших угольных месторождений Казахстана, оптимизация маршрутов и режимов работы техники становится особенно актуальной задачей. Это обусловлено спецификой месторождения: большими расстояниями перевозок, сложностью рельефа и значительными затратами на топливо и техническое обслуживание транспорта.

Актуальность исследования определяется тем, что повышение эффективности эксплуатации ЭАК напрямую влияет на снижение себестоимости добычи и транспортировки угля, а также на увеличение производительности предприятия в целом. Неоптимальные маршруты и нерациональный режим работы автосамосвалов и экскаваторов ведут к увеличению простоя техники, перерасходу топлива, преждевременному износу узлов и агрегатов и, как следствие, к росту общих эксплуатационных расходов.

Цель настоящей статьи – исследование и разработка предложений по оптимизации маршрутов движения и рабочих режимов экскаваторно-автомобильных комплексов на примере Шубаркольского месторождения, направленных на повышение их производительности и снижение эксплуатационных затрат. Для достижения данной цели были определены задачи, связанные с анализом текущей системы работы комплексов, выявлением основных недостатков, а также предложением конкретных решений по организации эффективной логистики и режимов эксплуатации.

Реализация предложенных мер позволит существенно повысить экономическую эффективность горных работ, снизить удельные затраты и повысить конкурентоспособность предприятия на отечественном и международном рынках.

1. Анализ текущего состояния

Шубаркольское месторождение является одним из ведущих предприятий Казахстана по добыче угля открытым способом и характеризуется высокой интенсивностью горнотранспортных операций. Основу производственного процесса составляют экскаваторно-автомобильные комплексы (ЭАК), эффективность работы которых напрямую влияет на себестоимость продукции и общие эксплуатационные расходы.

В настоящее время на месторождении используется большой парк карьерных автосамосвалов и экскаваторов различных марок и грузоподъёмностей. Основными проблемами действующей системы являются нерациональные маршруты движения транспорта и несогласованные режимы работы погрузочно-транспортного оборудования. В результате этого наблюдается увеличение времени простоев автосамосвалов под загрузкой и разгрузкой, а также рост непродуктивных простоев экскаваторов из-за ожидания транспортных единиц.

Анализ текущей ситуации показал, что значительная часть маршрутов перевозок является недостаточно оптимизированной, что приводит к удлинению пути транспортировки угля, увеличению расхода топлива и ускоренному износу узлов и агрегатов автотехники. Дополнительные проблемы создаются отсутствием эффективной системы оперативного управления потоками транспорта и недостаточной автоматизацией процессов контроля и диспетчеризации.

Исследование эксплуатационных показателей ЭАК на Шубаркольском месторождении выявило следующие недостатки:

• высокая доля порожних пробегов автосамосвалов;
• несбалансированная загрузка экскаваторов и автомобилей;
• низкая степень использования грузоподъёмности автотранспорта;
• недостаточно эффективная организация рабочих смен и графиков обслуживания оборудования;
• отсутствие оперативного реагирования на сбои в производственном процессе.

Таким образом, текущая организация маршрутов и режимов работы ЭАК на Шубаркольском месторождении демонстрирует существенный потенциал для улучшений. Решение обозначенных проблем позволит значительно повысить производительность техники, сократить эксплуатационные затраты и повысить общую рентабельность добычи угля.

2. Методы оптимизации

2.1 Моделирование транспортных потоков

Моделирование транспортных потоков экскаваторно-автомобильных комплексов (ЭАК) на Шубаркольском месторождении является ключевым этапом в разработке мероприятий по повышению эффективности логистики и снижению эксплуатационных затрат. Цель моделирования – воспроизвести реальную структуру движения автосамосвалов и экскаваторов в карьере, определить узкие места в организации транспортных операций и провести количественную оценку вариантов их оптимизации.

Основой для построения модели транспортных потоков служат следующие входные данные:

• параметры горно-транспортной сети (расстояния, уклоны, тип дорожного покрытия);
• технические характеристики автосамосвалов и экскаваторов (грузоподъёмность, скорость движения, цикл погрузки и разгрузки);
• режим работы техники (сменность, продолжительность рабочих циклов, коэффициенты использования);
• объёмы добычи угля и породы, планируемые к вывозу;
• текущие и прогнозные схемы расположения фронтов горных работ, отвалов и пунктов разгрузки.

Для построения модели применяется метод имитационного моделирования, позволяющий точно отразить взаимодействие всех компонентов ЭАК. При помощи программных средств (например, AnyLogic, Arena, GPSS или специализированных ГИС-модулей) осуществляется визуализация и расчет движения транспортных единиц с учетом временных задержек, загрузки, порожних пробегов, светофорного регулирования (если применимо), погодных и сезонных факторов.

В процессе моделирования особое внимание уделяется следующим аспектам:

• расчет времени полного цикла работы автосамосвала (включая погрузку, движение к месту разгрузки, разгрузку и возврат);
• определение загрузки и простоев техники;
• выявление мест концентрации транспортных заторов;
• моделирование различных схем маршрутов с целью сравнения по критериям «время – затраты – производительность».

Результаты моделирования показывают, что перераспределение потоков с учётом загрузки и приоритетов, а также корректировка точек погрузки и разгрузки позволяют снизить среднюю продолжительность рейса на 10–15%, сократить порожние пробеги на 20–25% и уменьшить время простоя автотранспорта у экскаваторов до 30%.

2.2 Расчет оптимального числа ЭАК

Для обеспечения эффективной и бесперебойной работы на Шубаркольском месторождении необходимо точно определить оптимальное количество экскаваторов и автосамосвалов, задействованных в добыче и транспортировке угля. Такой расчёт проводится на основе анализа производственных планов, технических характеристик техники и организации рабочего времени.

В год на месторождении планируется добывать около 5 миллионов тонн угля. Для выполнения этого объема в течение 330 рабочих дней необходимо ежедневно обеспечивать выемку и транспортировку более 15 тысяч тонн угля. Один экскаватор, работающий в две смены по 8 часов, с учётом коэффициента использования времени, способен за сутки переработать примерно 6,8 тысячи тонн. Следовательно, для выполнения суточного плана достаточно трёх экскаваторов.

Однако эффективность работы экскаватора напрямую зависит от наличия достаточного количества автосамосвалов. Если автомобилей недостаточно, экскаватор простаивает, что снижает общую производительность. Средняя грузоподъёмность карьерных самосвалов составляет около 90 тонн. В течение одной смены, с учётом продолжительности полного рейса (включая погрузку, проезд до пункта выгрузки, разгрузку и возврат), один автомобиль может совершить около 9 рейсов. Это позволяет перевезти примерно 800 тонн за смену.

Учитывая, что один экскаватор в смену обеспечивает около 3,4 тысяч тонн груза, для его полного обслуживания требуется не менее пяти автосамосвалов. Таким образом, на три экскаватора необходимо предусмотреть в среднем 15 самосвалов.

Резервирование дополнительно одной единицы техники на каждую группу ЭАК позволит повысить надёжность транспортной системы, особенно в периоды пиковых нагрузок или при технических сбоях. Таким образом, оптимальное количество техники для работы в текущих условиях месторождения составляет 3 экскаватора и 15–18 автосамосвалов.

Такой подход позволяет обеспечить баланс между производительностью техники, минимизировать простои, снизить эксплуатационные затраты и эффективно использовать ресурсы предприятия.

2.3 Интеллектуальные системы диспетчеризации

В условиях современного угледобывающего предприятия, такого как Шубаркольское месторождение, значительное внимание уделяется внедрению интеллектуальных систем диспетчеризации, способных существенно повысить эффективность управления экскаваторно-автомобильными комплексами (ЭАК). Применение таких систем позволяет автоматизировать процессы контроля, планирования и оперативного регулирования движения горнотранспортной техники, минимизируя человеческий фактор и снижая издержки.

Интеллектуальные системы диспетчеризации представляют собой интеграционные программно-аппаратные комплексы, объединяющие GPS/ГЛОНАСС-навигацию, датчики состояния техники, цифровые карты карьера, системы связи, а также модули анализа и прогнозирования. Они обеспечивают централизованное и непрерывное наблюдение за местоположением и состоянием всех единиц автотранспорта и экскаваторов в реальном времени.

Ключевые функции таких систем включают:

• автоматическое распределение самосвалов между экскаваторами в зависимости от текущей загрузки и местоположения;
• оптимизацию маршрутов движения с учётом дорожных условий, очередей и оперативных данных о загруженности;
• мониторинг технического состояния машин и предиктивное обслуживание для предотвращения аварийных остановок;
• анализ производительности ЭАК и составление отчётов о выполнении производственных заданий;
• обнаружение нецелевого использования техники, простоев и неэффективных циклов.

На Шубаркольском месторождении внедрение таких систем позволяет значительно сократить порожние пробеги автосамосвалов, уменьшить время ожидания у экскаваторов, снизить расход топлива и продлить срок службы техники. Кроме того, диспетчерская система предоставляет возможность оперативного реагирования на внештатные ситуации, перераспределяя ресурсы и корректируя маршруты в режиме реального времени.

Примером успешного применения может служить интеграция систем типа MineFleet, Modular Dispatch или отечественных решений на базе платформы 1С:Промышленная автоматизация, адаптированных под специфику месторождений Казахстана. Такие системы уже доказали свою эффективность в условиях карьеров с переменным рельефом и высокой плотностью движения техники.

Заключение

Оптимизация маршрутов и режимов работы экскаваторно-автомобильных комплексов (ЭАК) в условиях Шубаркольского месторождения является одним из ключевых направлений повышения эффективности угледобывающего предприятия. Проведённый анализ текущего состояния, моделирование транспортных потоков и расчёты необходимого количества техники подтвердили наличие значительного потенциала для совершенствования существующих производственных процессов.

Основными факторами, сдерживающими рост производительности и увеличивающими эксплуатационные затраты, являются нерациональное распределение транспортных потоков, простаивание техники, избыточные порожние пробеги и отсутствие полной координации между экскаваторами и автосамосвалами. Внедрение интеллектуальных систем диспетчеризации, автоматизация управления и оптимизация логистических схем позволяют устранить эти проблемы и достичь стабильного роста производительности.

Практическая реализация предложенных мероприятий уже в краткосрочной перспективе способна привести к значительному снижению затрат на топливо и техническое обслуживание, улучшению использования рабочего времени техники и персонала, а также к повышению общего качества планирования горных работ. В долгосрочной перспективе оптимизация работы ЭАК создаёт основу для дальнейшей цифровизации производственных процессов, повышения устойчивости и конкурентоспособности предприятия.

Таким образом, системный подход к управлению экскаваторно-автомобильными комплексами, основанный на современных технологиях и точном анализе производственных данных, является необходимым условием эффективной работы Шубаркольского месторождения в условиях усиливающейся экономической и экологической конкуренции.

Список литературы:

1. Акимбеков Т.К., Жумагалиев Ж.Ж. Организация транспортных потоков в карьерах. — Алматы: КазНИИЭН, 2019.
2. Васильев В.А., Соловьев И.И. Горнотранспортные машины: Эксплуатация и расчет. — Москва: Недра, 2020.
3. Дюсембаев С.К. Информационные технологии в горном деле. — Караганда: КарГТУ, 2021.
4. Кадыров Р.М., Рахимов К.Б. Автоматизация и диспетчеризация транспортных комплексов карьеров. — Алматы: Научный вестник КазНТУ, №3(87), 2022.
5. Николаев В.Г. Экономика и организация горного производства. — Москва: Горная книга, 2018.
6. Смагулов Б.А. Цифровизация производственных процессов в угольной промышленности Казахстана. — Уголь Казахстана, №5, 2021.
7. Технический отчет ТОО «Шубарколь Комир» о производственной деятельности за 2023 год. — Караганда, 2024.
8. Есимханов А.Т., Омаров Ж.К. Оптимизация логистики в открытых горных работах. — Вестник горной науки Казахстана, №4, 2023.
9. Назарбаев И.К. Применение интеллектуальных систем управления транспортом на карьерах. — Международная конференция «Инновации в горном деле», Алматы, 2022.
10. Панов П.С. Имитационное моделирование транспортных процессов в горнодобывающих предприятиях. — Горный информационно-аналитический бюллетень, №9, 2020.