Введение к работе
Актуальность работы
В настоящее время на угольных разрезах Кузбасса получала широкое распространение разработка взорванной горной массы с использованием экскаваторов-драглайн. Шагающие экскаваторы составляют около 35% всего экскаваторного парка угледобывающих предприятий.
Эффективность такой разработки в существенной мере зависит от продолжительности межремонтных периодов. Продолжительность межремонтных периодов, в свою очередь, определяется объемом взорванной горной массы, в процессе разработки которого обеспечивается безаварийная эксплуатация экскаватора. На величину этого объема значительно влияет протекание процесса черпания взорванной горной массы ковшом экскаватора, в частности распределение размахов усилия черпания (под размахом понимается разность экстремальных значений какого-либо силового фактора в пределах одного нагрузочного цикла).
Дальнейшее повышение эффективности открытой разработки угольных месторождений с использованием шагающих экскаваторов требует определения рациональных межремонтных сроков с учетом фактических горно-технологических условий проведения открытых горных работ.
Кроме того, на сегодняшний день большей частью шагающих экскаваторов угольных предприятий Кузбасса исчерпан нормативный объем переработки горной массы за весь период эксплуатации. В то же время опыт ведения открытых горных работ свидетельствует о возможности их дальнейшего успешного использования. Вопрос определения объемов породы, после выработки которых применение таких экскаваторов становится действительно неэффективным, стоит весьма остро. Его решение требует учета фактических физико-технических параметров разрабатываемой горной массы и непосредственно связано с расчетом рациональной продолжительности межремонтных периодов.
Математическое описание процесса черпания взорванной горной массы драглайнами, направленное на получение распределений размахов усилий черпания и последующий расчет рациональной продолжительности межремонтных периодов, является сложной научно-технической задачей. Ее сложность обусловлена, в первую очередь, нестационарным характером рассматриваемого процесса, особенно при тяге. Кроме того, на этот процесс оказывает значительное влияние качество взрывной подготовки, связанное с условиями разработки пород.
Разработка соответствующих математических моделей, позволяющих описать процесс черпания, предполагает решение задач, связанных с исследованием поведения взорванной горной массы под нагрузкой с учетом специфики ее взаимодействия с ковшом драглайна и необходимостью вычисления размахов усилий черпания, а также выявлением характеристик
горных пород количественно определяющих это поведение и изучением влияния на них взрывного дробления.
Несмотря на весьма большой объем исследований черпания взорванной горной массы и смежных вопросов, отсутствуют решения указанных задач, пригодные к непосредственному использованию для определения рациональной продолжительности межремонтных периодов.
Работа выполнена в рамках хоздоговорных научно-исследовательских работ на тему «Экспериментально-теоретические основы оценки прочности и долговечности металлоконструкций шагающих -экскаваторов с учетом влияния условий угольных разрезов Кузбасса» и в соответствии с программой НОК-4.
Цель работа заключается в повышении производительности работы драглайнов путем определения рациональной продолжительности межремонтных периодов с учетом физико-технических характеристик взорванной горной массы.
Идея работы заключается в установлении количественной связи между физико-техническими характеристиками взорванной горной массы и параметрами циклического изменения усилий черпания ковшом драглайна.
Задачи исследований:
- изучить упругие и прочностные характеристики взорванных скаль
ных и полускальных пород;
-установить зависимость размаха усилия черпания взорванной горной массы от ее физико-технических характеристик;
- оценить изменение производительности работы драглайнов с уче
том влияния физико-технических характеристик взорванной горной массы
на продолжительность межремонтных периодов.
Методы исследований:
- анализ и обобщение литературных источников;
-лабораторные статические испытания образцов горных пород на
осевое сжатие;
-физическое моделирование поведения взорванной горной массы;
-проверка расчетных распределений размахов усилий черпания в лабораторных условиях, а также в условиях угольных разрезов;
-натурные хрономегражные наблюдепия за развитием трещин в металлоконструкциях драглайнов;
- обработка данных методами математической статистики, числен
ные расчеты на ЭВМ.
Научные положения, выносимые на зашиту:
в результате взрывной подготовки к экскавации при степени дробления 1,5-4 упругие и прочностные характеристики скальных и нолускаль-ных пород в образце снижаются в 1,3-1,6 раза, соответственно;
при взаимодействии ковша драглайна с куском породы размах усилия черпания линейно зависит от глубины упругого вдавливания куска во
взорванную горную массу, величина размаха составляет 50 - 600 кН в зависимости от гранулометрического состава и упругих характеристик взорванной породы;
-учет влияния физико-технических характеристик взорванной горной массы на продолжительность межремонтных периодов драглайнов при наличии трещин в зонах их металлоконструкций, нагружаемых в процессе черпания, обеспечивает повышение годовой эксплуатационной производительности в 1,2-1,35 раза.
Научная новизна работы заключается:
в количественной оценке изменения упругих и прочностных характеристик взорванных скальных и полускальных пород;
в определении размаха усилия черпания взорванной горной породы с учетом ее гранулометрического состава и упругих характеристик;
в оценке изменения производительности работы драглайнов с учетом влияния физико-технических характеристик взорванной горной массы на продолжительность межремонтных периодов при наличии трещин в зонах их металлоконструкций, нагружаемых в процессе черпания.
Достоверность и обоснованность научных исследований базируется на:
использовании апробированных методов механики деформируемого твердого тела, в том числе сыпучего;
экспериментальной проверке результатов в лабораторных и производственных условиях;
использовании статистических методов обработки результатов эксперимента для проверки адекватности полученных математических моделей.
Личный вклад автора состоит:
в получении уравнений регрессии, описывающих изменение упругих и прочностных характеристик взорванных скальных и полускальных пород;
в установлении зависимостей, позволяющих количественно оценить размах усилия черпания взорванной горной массы по ее физико-техническим характеристикам;
в определении влияния физико-технических характеристик взорванной горной массы на распределение размахов усилия черпания драглайнами.
Практическая ценность. Результаты исследований позволяют:
количественно оценить время работы драглайов до постановки их на текущий ремонт с учетом физико-технических характеристик взорванной горной массы;
повысить производительность драглайнов при разработке взорванной горной массы путем определения рациональной продолжительности межремонтных периодов.
Результаты работы реализованы в виде: рекомендаций по обоснованию качества взрывной подготовки горных пород и продлению межремонтных периодов работы экскаваторов и сроков эксплуатации, выданных филиалу «Ерунаковский угольный разрез» ОАО УК «Кузбассразрезуголь».
Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертацию, докладывались и получили одобрение на Ш-ей Международной научно-практической конференции «Наукоемкие технологии добычи и переработки полезных ископаемых» (Новосибирск, 2003г.), П-ой Международной научно-практической конференции «Геотехнология 2004: Современное состояние и перспективы развития горнодобывающих отраслей промышленности» (г. Рудный, Казахстан, 2004г.), международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России: Новые подходы к развитию угольной промышленности. «(Кемерово, 2004г.), Х-ой Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. Сибресурс 2004» (Кемерово, 2004г.), China-Russia Simposium on Underground Engineering of City and Mine «New Progress of Civil Engineering and Architecture (Qingdao, China, 2004)».
Публикации. Содержание диссертации опубликовано в 13 научных статьях.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения общим объемом 140 страниц машинописного текста, содержит 9 таблиц, 29 рисунков, список использованной литературы из 106 наименований.
