Fortescue Railway — лидер тяжеловесного движения

В последние годы добыча железной руды на месторождениях региона Пилбара в Западной Австралии переживает не лучшие времена. Если в феврале 2011 г. максимальная цена сухой тонны железной руды достигала 187,18 долл. США, то в июле 2015 г. она снизилась до 51,50 долл. Более того, по оценке финансовой группы Goldman Sachs, в очередной раз пересмотревшей ранее данный прогноз, руда с содержанием 62 % железа будет стоить в 2016 г. в среднем 38 долл., а в 2017 и 2018 гг. может стать еще дешевле. На фоне такого снижения мировых цен возрастает важность максимальной эффективности цепи поставок, от которой зависит конкурентоспособность добывающих предприятий региона. Железная дорога является для большинства крупных рудников Пилбары основным видом транспорта по доставке железной руды в порты (рис. 1), поэтому собственники инфраструктуры — железорудные компании постоянно занимаются совершенствованием эксплуатационного процесса. Примером такого подхода может служить деятельность компании Fortescue Railway, входящей в Fortescue Metals Group (FMG). Строительство железнодорожной линии протяженностью 288 км из района города Порт-Хедленд до рудников Клаудбрейк около хребта Чичестер было начато в ноябре 2005 г. Несмотря на урон, причиненный циклоном, который к тому же стал причиной гибели двух рабочих, и вызванные им задержки, линия была открыта для движения в апреле 2008 г. Развитие железнодорожной сети шло быстрыми темпами в соответствии с целью FMG по увеличению добычи железной руды на рудниках Пилбары до 155 млн т в год. В 2010 г. была введена в эксплуатацию ветка длиной 40 км от Клаудбрейка до рудника Кристмас-Крик; в декабре 2012 г. начата эксплуатация ветки в Соломон-Хаб в районе горного хребта Хамерсли, которая обслуживает рудники Файертейл и Кингз. При строительстве этих линий было необходимо учитывать климатические особенности региона, связанные со значительным перепадом температур воздуха: от мину совых до превышающих 40 °С. К искусственным сооружениям и основанию пути на линии предъявляются особые требования, равно как и к верхнему строению пути. В этом засушливом регионе периодически бывают обильные осадки, грозящие размывом земляного полотна, а с частотой один раз в 100 лет — многодневные ливни, в результате которых по пересохшим руслам рек протекают бурные потоки воды, до стигающие в ширину несколько километров. После подобных природных явлений выполняется обследо вание состояния линий с помощью вертолетов и транспортных средств на комбинированном ходу, что позволяет, в случае необходимости, оперативно приступать  к операциям по восстановлению земляного полотна и поврежденных искусственных сооружений.

 

Рис. 1. Скальные породы вдоль железнодорожной линии в районе Пилбара

Fortescue Railway заявляет о готовности к эксплуатации самых длинносоставных и тяжеловесных поездов в мире, используя локомотивную тягу только в голове состава. В настоящее время два или три головных  локомотива обеспечивают тягу поезда длиной 2700 м, состоящего из 250 вагонов массой около 40 тыс. т (рис. 2). В первые годы эксплуатации линии допустимая осевая нагрузка составляла 40 т, к ноябрю 2014 г. ее увеличили до 42 т, и FMG рассматривает возможности выпуска на линию вагонов с осевой нагрузкой 43,5 т. Cовместно со шведской компанией SKF активно ведутся работы по внедрению на подвижном составе подшипников, позволяющих выдерживать нагрузку 45 т. Такими подшипниками уже оборудовано 140 вагонов-рудовозов, принадлежащих FMG. Обычно на новой линии обращается ежесуточно 14 – 15 поездов, управляемых машинистами в одно лицо. Оборот поездов, курсирующих между рудниками и Порт-Хедлендом, составляет от 19 до 21 ч. При этом на погрузку требуется около 2,5 ч, а на разгрузку всех вагонов в Порт-Хедленде уходит около 3 ч. Роторный вагоноопрокидыватель опорожняет вагоны парами, конструкция вагонов позволяет выгружать их без отцепки от состава. На начальном участке следования в направлении порта используется подталкивающий локомотив, который автоматически отцепляется от  поезда, набравшего скорость. Парк локомотивов интенсивно используется; в среднем каждый из шестиосных тепловозов расходует 530 МВт·ч энергии в месяц. Парк состоит из локомотивов двух типов: производства GE — Dash 9-4400CW мощностью 3280 кВт с электрической передачей постоянного тока и тепловозов производства EMD серии SD70ACe мощностью 3400 кВт с электрической передачей переменного тока. Fortescue Railway эксплуатирует 19 составов из вагонов производства китайской корпорации CSR Zhuzhou, которые оборудованы пневматической тормозной системой с электронным управлением (ЕСР), поставляемой корпорацией New York Air Brake. Система обеспечивает остановку груженого поезда установленной длины на участке без уклона длиной 800 м. Масса тары каждого вагона составляет 23 т, полезный объем — 69 м3. Характеристики Fortescue Railway приведены в таблице.
 

Эксплуатация и управление 

В декабре 2013 г. FMG завершила модернизацию системы СЦБ, полностью перейдя от движения поездов по поездным приказам к беспроводной интегрированной системе управления движением поездов (ITCS), которая является первой системой такого типа в Австралии. ITCS использует разработанную GE технологию Positive Train Control (РТС), которая дает возможность отслеживать движение всех поездов, путевых машин и единиц на комбинированном ходу. Бортовые устройства локомотивов по радиоканалам связываются с сервером ITCS, чтобы получить информацию о стрелочных переводах по маршруту, временных ограничениях скорости и местоположении других поездов. В локомотивный бортовой компьютер загружается информация по инфраструктуре: величины уклонов, радиусы кривых, а также фактическая скорость позда и величина тормозного пути. Кроме того, машинисту в кабине локомотива доступно отображение так называемого виртуального сигнала — параметра, учитывающего показание светофора и допустимую скорость движения поезда. Если машинист превышает допустимую для выполнения служебного торможения скорость движения, то автоматически начинается принудительное снижение скорости движения поезда. Средняя длина рельсовых цепей на Fortescue Railway составляет около 8 км, но развертывание ITCS допускает деление линии на виртуальные блок-участки длиной 4 км.

Рис. 2. Рудовозный поезд с тремя тепловозами на мосту через реку Тернер

Это позволяет сократить межпоездные интервалы, что имеет особое значение на подходах к порту, а также потребность в напольных сигналах и транспондерах, тем самым минимизируя затраты на содержание инфраструктуры. Большая часть из 150 напольных сигналов на Fortescue Railway работает на солнечных батареях. Их использование позволило снизить затраты на подвод кабелей и энергоснабжение, что особенно
важно для удаленных участков. Батареи обладают емкостью, позволяющей обеспечить нормальное функционирование сигналов в течение пяти дней даже при сильной облачности, маловероятной для климатических условий региона. Контроль за движением поездов осуществляется из центра управления, расположенного на расстоянии 1300 км в городе Перт. Оттуда же ведется контроль за выгрузкой в порту. Управление оперативной работой дороги осуществляется тремя диспетчерами с разделенными зонами ответственности. Первый диспетчер контролирует выгрузку и движение по круговому пути в Порт-Хедленде; второй отвечает за работу шахт; третий управляет движением между этими пунктами. Железная дорога на всем протяжении покрывается радиосвязью стандарта ТETRA, обеспечивающей передачу данных почти на 800 терминалов через сеть из 24 базовых радиостанций. Для оптимизации управления и снижения рисков отказа и выхода из строя подвижного состава Fortescue Railway использует методы удаленного мониторинга, включающие применение акустических детекторов состояния подшипников, детекторов ударной нагрузки колес и расположенных с шагом 50 км устройств обнаружения греющихся букс. Специальные оборудованные локомотивы и вагоны постоянно ведут сбор и анализ данных о состоянии инфраструктуры. Практика шлифования рельсов является ключевым элементом программы поддержания верхнего строения пути в состоянии, соответствующем условиям движения тяжеловесных поездов. С этой целью используется рельсошлифовальная машина Loram 4000 Series, оснащенная 60 шлифовальными кругами, которая может работать со средней скоростью 18 км/ч при однопроходном шлифовании и обрабатывать более 80 км в сутки. Поскольку она способна в автоматическом режиме выявлять дефекты головки рельсов, Fortescue Railway использует профилактический подход к шлифованию рельсов для снижения рисков появления дефектных участков на магистрали. 

Автоматизация технического обслуживания 

Первоначально перевозки руды выполнялись четырьмя составами вагонов-рудовозов (986 ед.) и 15 тепловозами. Однако с ростом добычи до 155 млн т в год и соответствующим увеличением парка повысились требования не только к содержанию инфраструктуры магистрали, но и к техническому обслуживанию подвижного состава. Последнее основывается на прогнозном и профилактическом подходах, которые максимально совершенствуются с целью снизить время нахождения вагонов в нерабочем состоянии. Автоматизация операций в вагонном депо Томас-Ярд (Южный Хедленд) дала возможность сократить объем работ по техническому обслуживанию подвижного состава, выполняемых с применением ручного труда. Поточная технология позволяет обслуживать до 5500 вагонов в год. Открытие депо состоялось в октябре 2013 г. В качестве основных задач проекта автоматизации депо были определены ускоренная окупаемость и повышение безопасности труда работников. Существующие технологии ремонта изучили с позиции оценки рисков, провели соответствующие технико-экономические исследования, чтобы подготовить вариант автоматизации, наиболее полно отвечающий требованиям компании. Безопасность на пяти технологических линиях депо обеспечивается благодаря ограждению каждой стальными сетками с воротами, которые блокируются системой защиты во время автоматического режима работы оборудования.

Характеристики железной дороги Fortescue Railway

Показатель

Величина

Длина однопутных участков, км

620

Длина двухпутных участков, км

120

Осевая нагрузка, т

40

Рельсы массой, кг/м

68

Максимальная скорость груженого поезда, км/ч

80

Парк подвижного состава: локомотивы, ед.

вагоны, ед. (19 составов по 250 вагонов)

53

4750

Поездные бригады:

машинисты поездов + машинисты маневровых локомотивов в порту

133

Длина обгонного пути, км

3,5

Напольные устройства сигнализации

150

Базовые радиостанции

24

Пересечения в одном уровне

4

В случае необходимости обеспечить доступ к линии оператор нажимает кнопку «Вход», и станок прекращает работу. В режиме безопасности работают линии по обточке и шлифовке колес, расточке ступиц колес, ремонту и обработке осей, распрессовке колесных пар, магнитной дефектоскопии. Обзор хода выполнения работ на всех пяти линиях возможен с наружной стороны сеток безопасности. Через депо проходят два сквозных железнодорожных пути, с которых вагоны, по 12 ед., перемещаются на транспортеры. Последние закрепляются буферными упорами, предотвращающими несанкционированные передвижения внутри здания депо. Управляет упорами система Cub, которая автоматически продвигает вагоны по ремонтным позициям после получения соответствующего разрешения. Cub надвигает одновременно по две пары вагонов на каждый из двух участков подъема, оборудованных домкратами производства компании Eurogamma (Италия). Домкраты поднимают вагоны синхронно, после чего из‑под вагонов выкатываются колесные пары, которые передвигаются далее попарно при помощи специальных тележек-трансбордеров, управляемых дистанционно, на линию по обточке и шлифовке колес. Использование таких тележек позволяет снизить потребность в  крановых передвижениях и использовании погрузчиков. После снятия крышки буксы и освидетельствования колесных пар полученные данные пересылаются на сервер обработки данных, который управляет производственной линией по обточке и шлифовке колес. Метрологическое оборудование в автоматическом режиме проводит измерения параметров колесной пары — профиля колес, толщины обода, состояния подшипников, диаметра и толщины колес. После этого колесная пара поступает на пункт, где демонтируются буксовые узлы. После прохождения пункта удаления проволочными щетками окалины и загрязнений с опорной шейки оси колесная пара направляется на станцию замера параметров. В случае несоответствия стандартным параметрам она по обводной ленте отправляется для переоценки. На следующем этапе колесная пара обтачивается на колесотокарном станке производства корпорации Hegenscheidt (США), который в автоматическом режиме проводит замеры, результаты которых поступают на сервер обработки данных перед тем, как колесная пара будет направлена на позиции ультразвукового контроля и лубрикации опорной шейки оси.

Рис. 3. Рудовозный поезд компании Roy Hill под погрузкой

Смонтированные подшипники автоматически заправляются, затем проводится контрольная проверка колесной пары и устанавливается крышка буксы. Fortescue Railway считает, что автоматизация ремонтного депо явилась весьма успешным проектом, позволив значительно сократить долю ручного труда, снизить продолжительность ремонтного цикла и значительно увеличить производительность. Использование системы обработки данных в депо изменило принципы отслеживания потребности в запасных частях для ремонта вагонного парка и предоставило дополнительные возможности для инженерного анализа производственных процессов, сохраняя всю информацию по ремонту для последующего использования.

 

Рис. 4. Испытания вагоноопрокидывателя перед началом эксплуатации

Железная дорога Roy Hill

В конце 2015 г. в регионе Пилбара появилась еще одна рудовозная линия: 10 декабря по железной дороге Roy Hill первый поезд с рудой отправился к терминалу, который находится в 5 км к югу от Порт-Хедленда и вблизи от терминала Fortescue Railway. Линия длиной 334 км предназначена для доставки в порт красного железняка, или гематита. Для освоения годового грузопотока в размере 55 млн т ежедневно обращаются пять поездов, сформированных из 232 вагонов с двумя локомотивами. Масса нетто поезда составляет 31 132 т. Поскольку значение руководящего уклона на выходе из рудника составляет 6 ‰, на начальном участке длиной 30 км в качестве подталкивающего используется маневровый локомотив. Парк тепловозов Roy Hill состоит из 21 тепловоза GE серии Evolution, каждый из которых оборудован системой дистанционного управления Locotrol, разработанной корпорацией General Electric. Китайская корпорация CSR поставила 1196 вагонов, которые впервые для железных дорог в регионе Пилбара оборудованы пневматической тормозной системой с электронным управлением (ЕСР), поставляемой корпорацией New York Air Brake. Вагоны с осевой нагрузкой 40 т и полезным объемом кузова 70 м3 опираются на тележки с регулируемой подвеской; управление торможением организовано применительно к парам вагонов «ведущий — ведомый». Линия является однопутной; четыре обгонных пути длиной 3,2 км размещены так, чтобы оптимизировать оборот поездов. Загрузка вагонов на руднике осуществляется конвейерным перегружателем, контролируемым из центра управления в Перте (рис. 3). На погрузку поезда требуется 2 ч 40 мин, после чего он следует безостановочно в ПортХедленд. Там руду выгружают с использованием вагоноопрокидывателя, который обрабатывает два вагона одновременно за 88 с (рис. 4).
 

Материалы компании Fortescue Metals Group; International Railway Journal, 2015, № 11, pp. 20 – 24.