Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ публикаций, теоретических разработок по строительству карьеров
1.1. Анализ публикаций и работ по проектированию и строи тельству карьеров
1.2. Анализ режимов работы выемочно-погрузочных горных машин на выполнении вскрышных и гор но-капитальных работ 29
1.2.1. Исследование и изыскание основных причин дестабилизации работы горного выемочно-погрузочного оборудования на открытых горных работах 29
1.2.2. Анализ случайных факторов, дестабилизирующих работу горного и транспортного оборудования
1.2.3. Определение условий максимального использования рабочего времени драглайна
1.3. Технологические решения и изыскания по использованию одноковшовых экскаваторов с погрузкой на транспорт 33
1.3.1. Влияние типоразмера одноковшового экскаватора на параметры забоя
1.3.2. Влияние расположения рабочей площадки на разрабатываемом уступе на высоту транспортирования горной массы из карьера 32
1.3.3. Анализ разработки уступов драглайнами при различных технологических схемах
1.3.4. Ограничения при разработке пород драглайнами с погрузкой на транспорт
1.3.5. Влияние технических параметров драглайна и физико-механических характеристик разрабатываемых пород на основные параметры забоя 37
1.4. Перспективы открытой разработки и необходимость ускоренного вскрытия перспективных железорудных месторождений Курской магнитной аномалии - 39
1.5. Результаты анализа и выводы по проектированию и практике применения выемочно-погрузочных машин при строи тельстве мощных железорудных карьеров (на примере место рождений Курской магнитной аномалии и Кривого Рога) 46
1.5.1. Опыт строительства Лебединского карьера 43
1.5.2. Опыт строительства Михайловского карьера 44
1.5.3. Опыт строительства Стойленского карьера .,„ 44
1.5.4. Опыт строительства карьеров Кривбасса 45
1.5.5. Проектирование строительства Чернянского карьера 4 6
1.5.6. Проектирование строительства Приоскольского карьера
1.5.7. Проектирование строительства Погромецкого карьера 47
2 Анализ и изыскание технологических возможностей серийно выпускаемых мощных выемочно-погрузочннх горных машин на горно-капитальных работах 49
2.1. Анализ математической модели академика В.В.Ржевского по определению режимов работы призабойного оборудования на строительстве карьера 49
2.2. Исследование динамики изменения годовых объемов гор но-капитальных работ во взаимосвязи с основными параметрами строящегося карьера 54
2.3. Исследование влияния типоразмера выемочно-погрузочного и транспортного оборудования на выполняемые о бъемы горно-капитальной вскрыши 62
2.4. Исследование влияния параметров выемочно-погрузочного оборудования и технологии ведения горных работ на объемы горно-капитальной вскрыши 69
2.5. Исследование возможностей выемочно-погрузочного и горно-транспортного оборудования для выполнения расчетных объемов горно-капитальных работ 81
2.6. Обобщение факторов и параметров техники для обосно вания технологии при строительстве карьеров 88
3 Исследование и изыскание резервов повышения технических показателей работы различных видов карьерного транспорта при ускоренном строительстве карьеров 92
3.1. Анализ достигнутых показателей и изыскание резервов транспортирования объемов горно-капитальных работ 92
3.1.1. Железнодорожный транспорт 92
3.1.2. Конвейерный транспорт 94
3.1.3. Гидравлический транспорт 97
101
3.2. Изыскание резервов работы драглайнов при погрузке на транспорт „ 101
3.2.1. Технологические требования и обоснования параметров разработки забоя драглайном с погрузкой на железнодо- рожный транспорт 101
3.2.2. Влияние параметров драглайна и типа забоя на технологические показатели разработки уступа
3.2.3. Влияние длины стрелы и вместимости ковша драглайна на показатели работы веерного забоя
3.2.4. Схемы и типы забоев при применении на строительстве карьеров технологической схемы «драглайн-бункерная установка-транспорт» 116
3.2.5. Влияние техники и глубины проектируемого карьера на углы откосов рабочего и нерабочего бортов карьера
3.2.6. Влияние свойств вскрышных пород на расчет объемы горно-капитальных работ, выполняемых драглайнами 121
3.2.7. Влияние длины фронта работ на объемы горнокапитальной вскрыши .
4 Рациональное сочетание параметров драглайнов, потокоформирукщего модуля и транспортных средств
4.1. Обоснование основных параметров бункерных установок при работе на них драглайнов
4.1.1. Определение параметров вместимости бункерной установки
4.2. Обоснование и определение высоты бункерной установки 140
4.3. Обоснование основных параметров потокоформирукщего модуля сотового типа 152
4.4. Расчет объема потокоформирующего модуля секционного типа
4.5. Оценка прочности конструкции секции потокоформирующего модуля
4.5.1. Определение допустимых напряжений 152
4.5.2. Расчетные формулы 153
4.5.3. Расчеты конструкции пот око формирующего модуля на прочность
4.5.4. Расчет веса секции потокоформирующего модуля 166
4.6. Определение рациональных параметров потокоформирукг щего модуля применительно к железнодорожному транспорту .
4.7. Изыскание максимально возможной производительности бункерных установок при разгрузке горной массы в думпкары и пульпосмесительные устройства 169
4.7.1. Погрузка на железнодорожный транспорт 169
4.7.2. Погрузка на гидротранспорт 175
4.7.3. Методика расчета комплектов оборудования при экскавации пород драглайном с последующим гидротранспортом .
4.8. Методы и средства борьбы с налипанием горных пород на рабочих поверхностях бункерного и транспортного оборудования 182
5 Экспериментальные исследования режимов работы по токоформирующего модуля сотовой конструкции 188
5.1. Анализ публикаций по изучению влияния динамики загрузки и разгрузки бункерных установок и их геометрических параметров на интенсивность выгрузки горной массы в транспортное средство
5.2. Причины и механизм возникновения зависаний сыпучих материалов в бункерах
5.2.1. Крупнокусковые сыпучие материалы 189
5.2.2. Гранулированные сыпучие материалы 191
5.2.3. Связные материалы 198
5.3. Анализ конструктивных параметров бункерных установок 201
5.4. Обоснование необходимости проведения лабораторногоэксперимента 206
5.5. Критерии подобия при моделировании процесса разгрузки бункерной установки
5.6. Экспериментальные исследования на моделях 211
5.6.1. Исследование выпуска горной массы из отдельно взятой секции потокоформирующего модуля 212
5.6.2. Исследование выпуска горной массы из многосекцион- -ной конструкции потокоформирующего модуля 235
5.7. Обоснование необходимости проведения экспериментов по способам пульпоприготовления и результаты исследования
5.7.1. Физика процесса пульпоприготовления на смесительной площадке при равномерной и непрерывной подаче горной массы на нее 235
5.7.2. Теория трогания и движения частиц в открытом потоке
5.7.3. Процесс пульпоприготовления на основе «теории удара» 241
5.7.4. Аналитические зависимости, описывающие процесс пульпоприготовления 251
5.7.4. Лабораторные эксперименты по пульпоприготовлению 243
5.7.5. Описание полупромышленных экспериментальных установок на Лебединском и Михайловском карьерах
6 Обоснование режимов выемочно-погрузочных работ по новым технологичесжим решениям отделения горной массы от массива 256
6.1. Анализ энергетических затрат по операциям выемочно-погрузочных работ
6.2. Основные положения технологии выемочно-погрузочных работ, исключающих высокое потребление электроэнергии
6.3. Исследование взаимосвязи основных параметров буровзрывных работ и бункерной установки
6.4. Определение оптимальной формы, габаритов и производительности бункерных установок во взаимосвязи с железно-дорожным транспортом 276
6.5. Определение главных параметров экскаваторно-скреперной технологии разработки песков и четвертичных отложений 280
6.5.1. Сущность экскаваторно-скреперной технологии 281
6.5.2. Методика расчета основных параметров технологии экскаваторного скреперования
6.5.3. Передвижка бункерной установки 282
7 Сравнение технологических и экономических пока зателей результатов исследований на конкретном примере ускоренного строительства карьера КМА. 286
7.1. Основные положения проекта строительства Погромецкого карьера, разработанного институтом Центрогипроруда
7.2. Предлагаемое проектное решение ускоренного строительства Погромецкого карьера в сопоставлении с проектом института Центрогипроруда 291
7.3. Пример организации работ по строительству карьера драглайнами
7.4. Резервы повышения производительности отвального тупика при бульдозерном отвалообразовании в период строительства карьера 307
7.5. Сравнительный анализ экономических показателей при традиционном и ускоренном строительстве Погромецкого карьера 318
Заключение 329
- Анализ режимов работы выемочно-погрузочных горных машин на выполнении вскрышных и гор но-капитальных работ
- Исследование влияния параметров выемочно-погрузочного оборудования и технологии ведения горных работ на объемы горно-капитальной вскрыши
- Изыскание резервов работы драглайнов при погрузке на транспорт
- Оценка прочности конструкции секции потокоформирующего модуля
Анализ режимов работы выемочно-погрузочных горных машин на выполнении вскрышных и гор но-капитальных работ
Почти 90% дисперсии режима работы является следствием случайных причин, формирующих высокий уровень динамики работы разреза. Это разного рода случайные факторы, куда входят, к примеру, перегон экскаваторов, подготовка забоя, аварии механизмов, отсутствие автотранспорта, плохое состояние пути, отсутствие железнодорожных думпкаров, отсутствие электроэнергии и др. В табл. 1.5. показаны потери времени (час) за год на разрезе Томусинский, приходящиеся на разного рода факторы, для двух типов экскаваторов - ЭКГ-12,5, осуществляющего погрузку горной массы в думпкары и ЭШ-15/90.
Основными причинами простоев для экскаваторов ЭШ-15/90 являются вспомогательные работы: подготовка забоя, очистка ковша и др. (рис.1.7). Для экскаваторов ЭКГ-12,5 основными причинами простоя являются: ожидание железнодорожных думпкаров, плохое состояние железнодорожных путей, буровзрывные работы и др. (рис.1.8). Таким образом, по причинам, связанным с железнодорожным транспортом, потери времени составили 463 ч, что в несколько раз превышает потери времени из-за любого другого фактора. Из табл. 1.5. следует, что хронометраж производился по 14 показателям простоев, которые характеризуются одним общим фактором - организационным простоем. В проанализированных публикациях и годовых отчетах работы карьеров организационные простои фигурируют также, однако, нет анализа технологических простоев. Более того, технологические простои не регистрируются.
Авария и остановка машин приводит к немедленной остановке участка. Так в 1995 г простои Томусинского разреза по причине аварий по экскаватору ЭКГ-12,5 составили 134 ч, по экскаватору ЭШ-15/90 - 122 ч. Соответственно в 1996 г по экскаватору ЭКГ-12,5 - 51 ч, по экскаватору ЭШ-15/90 - 278 ч. отсутствие запчастей, в том числе отсутствие кабеля, троса, привело к простоям, которые составили 170-200 ч в год. Если рассматривать экскаваторы как единые электромеханические агрегаты, то тогда к простоям от аварий механической части этих машин следует добавить простои из-за отсутствия электроэнергии (табл.1.5.). Определение условий максимального использования рабочего времени драглайна. Традиционно используемые технологические схемы ведения горных работ драглайнами предопределяют выемку пород с непосредственной укладкой их в выработанное пространство, то есть работ по схеме «экскаватор-навал». На ряде карьеров драглайн работает в навал (Лебединский, Михайловский), из которого порода перегружается карьерной мехлопа-той в транспортные средства.
При работе по бестранспортной схеме, драглайн производит выемку пород в узком забое, ширина которого определяется не паспортными характеристиками экскаватора, а горно-геологическими и технологическими условиями. Распределение количества включений по продолжительности наработки на отказ носит неравномерный характер [91}. Максимальное количество включений приходится на 3,5 часа наработки на отказ. Среднеарифметическая величина коэффициента использования рабочего времени драглайном составляет 0,67 или 4 часа в шестичасовую смену. При погрузке в автомобильный и железнодорожный транспорт использование рабочего времени (при непосредственной разгрузке ковша в кузов) колеблете» от 0,42 до 0,56. Как видно, этот показатель значительно ниже» чем при работе по схеме «экскаватор-отвал». Ширина заходки также мала (около 15 м), так как она принята равновеликой заходке карьерной мехлопаты, работающей на смежных горизонтах. В ряде публикаций [91] указывается, что драглайн способен отрабатывать широкую заходку - до 100 м и более. При работе драглайна с погрузкой на транспорт отмечены простои экскаватора в ожидании составов, при перекладках пути. Только по названным причинам простои составляют от 15 до 28 % календарного времени. Другие причины простоев при работе драглайна с погрузкой на транспорт и по схеме «экскаватор-отвал» имеют близкие по абсолютной величине показатели.
Следовательно, повысить эффективность работы драглайна с погрузкой на транспортное средство возможно путем изыскания новых технических средств или горных машин и сс №ветственно изменений режима работы каждой машины и механизма. 1.3, Технологические решения и изыскания по использованию одноковшовых экскаваторов с погрузкой на транспорт. L 5. А Влияние типоразмера одноковшового экскаватора на параметры забоя В 1980 году на железорудных карьерах МЧМ СССР работало 530-560 штук экскаваторов, из которых 8-12 драглайнов, 11 роторных экскаваторов, остальные карьерные механические лопаты [20]. Карьерная механическая лопата в настоящее время является основной выемочной машиной в карьере. Площадь отрабатываемого забоя с ростом вместимости ковша растет со 174,0 м2 (ЭКГ-5) до 435 м2 (ЭКГ-12,5), то есть: при росте вместимости ковша в 4 раза, площадь забоя растет в 2,47 раза (табл. 1.6). Это значит, что растут удельные затраты на вспомогательные работы в забое падает эффективность выемочно-погрузочных работ. Несколько иное положение при разработке забоя вскрышной мехдолатой при росте вместимости ковша с 6,0 м3 до 35 м3 (то есть в 5,83 раз) площадь забоя увеличивается с 865 м2 до 2775 м2 (то есть в 3 3 раза). Отсюда рост вместимости ковша вскрышной мехлопаты вызывает прямопропорциональньш рост площади отрабатываемого забоя. Площадь отрабатываемого забоя вскрышной мехлопаты и драглайна различаются незначительно. Площадь забоя драглайна изменяется от 850 м2 до 4000 и2. Следовательно, количество перемещений транспортного пути в 5,6-7,6 раза меньше, чем при разработке пород карьерной мехлопатой, а значит во столько же раз меньше удельная трудоемкость пугепе-рйкладочных работ.
Исследование влияния параметров выемочно-погрузочного оборудования и технологии ведения горных работ на объемы горно-капитальной вскрыши
Длина фронта работ на уступе зависит от угла наклона откоса рабочего борта карьера и глубины строящегося карьера. Угол откоса рабочего борта карьера определяется технологией и техникой ведения горных работ. Темпы углубочных работ определяют необходимую скорость подвигания фронта работ и необходимъйГразнос бортов (борта) карьера. В расчетах указанные параметры принимались исходя/условия темпа углубочных работ в 120 м/год. Это позволяет исследовать динамику изменения параметров глубокого карьера. Объем горных работ на верхнем уступе зависит от срока с начала строительства - t и скорости годового подвигания фронта работ Уф.р. (іУуст.1=Ьф.р.ср.іУф.р. hy, м3). Вместе с тем в пределах точности расчетов этот объем можно выразить следующим образом: Wt-Sthy, м3 (2.34) где: St - площадь, отрабатываемая на уступе в расчетный год , м2; hy - высота отрабатываемого уступа, м (определяется параметрами выемочно-погрузочного оборудования). Площадь отрабатываемого уступа в расчетный год t зависит от длины фронта Ьф.рл работ на уступе: 81=1Ф.Р.(УФ.Р.,М1 (2.35) При принятых темпах углубочных работ и расчетном значении угла откоса рабочего борта карьера, годовая скорость подвигания фронта работ будет равнозначной на любом горизонте, после окончания первого года работ на уступе, и определяется: ф.р.год Yeodfctgrp+ctg /ц), м/год (1.2) Длина фронта работ на верхнем уступе с каждым годом строительства увеличивается на величину 2Уф.р. (рис.2.13). В первый год строительства необходимая длина фронта работ составит (рис.2.13): \ВХ2 А \ = Ьф.р.} =а + е + 2Уф.рх],м (2.36) Во второй год строительства: \ВЧС"А"\ = 1ф.р.2 = а + в + 2Уф.р.х2,м (2.37) В третий год строительства . В"СтА "\=Lb,3 =а + в + 2УфрхЗ, м (2.38) В четвертый год строительства: \В1УСггАпг\ = 1ф 4=а + б + 2Гф!,х4,ы (1.39) Обобщая полученные результаты, длину фронта работ на верхнем уступе в t год строительства можно выразить как: 1 Вf С U f - Ьф.рл = а + в + 2Уффх t, м (2.40) где: t - год строительства карьера, год. Результаты вычислений по формуле сведены в приложение 10 (табл. 1-26). Анализ результатов вычислений при изменении темпов углубочных работ Уг от 20 до 100 м/год с интервалом 20м/год, для различных углов откоса рабочего борта карьера (ур изменяется от 10 до 20 интервал 2 ) и глубинах строящегося карьера от 100 до 500 м с интервалом 100 м, показывает на рациональность строительства глубокого карьера 200 м и долее при максимальном угле откоса рабочего борта карьера.
Для упрощения дальнейших расчетов, вводится приведенный коэффициент относительного увеличения длины фронта работ на уступе-/ . , который характеризует показатель длины фронта работ на уступе - Ьф.р_устл в t год строительства относительно к длине фронта работ на уступе в на начало строительства Ьф.р,уст.ї и определяется из выражения: К-лр.уст= t (2.41) Результаты расчетов по выражению (2.41) сведены в приложение 11 (табл. 27-53).. Наглядное представление результатов, полученных на компьютере, имеет графическое отображение на рис.2.14 (при Уг=20м/год, Нк=500м, ур=1012,141618и20 ). Влияние темпов углубочных работ при глубине покрывающих полезную толщу пород Нк=500м при различных тепах углубочных работ представлено на рис.2 Л 5. Из представленного графического отображения видно, что при темпах углубочных работ ЮОм/год объемы горнокапитальных работ значительно меньше, чем при темпах утлубки 20м/год, а сроки строительства соответственно в 5 раз меньше.
В действительности карьер прямоугольной формы быть не может. Линия фронта ра-бот на уступе преставляет собой кривую линию второго порядка, поэтому дальнейший расчет производится исходя из средней величины длины фронта работ: ф.р.срЛ ) М (2,42) Объем горных работ на уступе в t год строительства с достаточной степенью точности горных расчетов, применяемых при проектировании, можно выразить следующей формулой: УУустЛ ф.р.срЛ ф.р.год "у% (Ї.43) Для Приоскольского месторождения Курской магнитной аномалии были проведены расчеты при темпах углубки 120 м/год при различных углах откоса рабочего борта карьера, зависящих от типоразмера применяемого оборудования. Параметры вскрываемой по руде рабочей площадки принимаются соответственно ширине и длине: а=50 м, е=200 м. Срок строительства Приоскольского карьера при этом составит один год, Динамика изменения объемов горных работ по горизонтам и годам строительства при выполнении работ мощными драглайнами и роторными экскаваторами представлены соответственно в табл.2ДЗ-2.16. Чтобы проследить динамику изменения объемов горных работ по горизонтам и годам строительства для удобства использования результатов исследования на практике, а также для облегчения их анализа расчетные данные сведены в таблицы. В таблицах годы строительства разбиты на этапы. Каждый этап представляет собой временной отрезок от начала отработки очередного горизонта до начала отработки следующего горизонта. Например, при УГОд=120 м/год и hy=35 м и 40 м соответственно, рабочий год можно разбить соответственно на4 и 3 этапа (в табл.2.13-2.16).
Если глубина работ на конец рабочего года достигает глубины, заданной величиной Угод, то есть рабочий год делится на целое количество этапов, то последний этап каждого рабочего года является завершающим и включает в себя полные объемы, заданные соответствующей величиной Угод. Например: УгоД=120 м/год при hy=40 м - 3 полных горизонта и 3 полных этапа (табл.2.13). Другая картина представлена в табл.2.14-2.16, когда на завершающем рабочий год этапе отрабатывается не полный объем работ, а только тот, который необходим при заданной величине Угод. Например: У =120 м/год - 4 горизонта (пу=35м) - 4 этапа; 1 гор.-35 м; 2 гор,-70 м; 3 гор.-105 м и 4 гор.-140 м (табл.2.15,2.16). Глубина на конец рабочего года принимается 140 м, но необходимые объемы по последнему этапу рассчитываются исходя из условия, что высота уступа последнего 4-го горизонта составит 15 м (35+35+35+15=120 м). Объем 4-го горизонта с hy= 20 м переходит в следующий рабочий год, соответственно начальный (5-Й) этап второго года. То есть объем начального этапа нового года строительства включает в себя объем 4-го горизонта с hy=20 м и объем 5-го горизонта с hy=35 м (табл.2.15, 2.16). Подобные условия использованы для роторного экскаватора при hy=50 м (табл.2.16). Расчеты производились для условного карьера при глубине горно-капитальных работ Нг.к.р=400 м и мощности рудного тела по богатой руде Нр=50 м. Полная глубина карьера на период завершения строительства составит Нк.стр.=450 м.
Изыскание резервов работы драглайнов при погрузке на транспорт
Традиционные схемы производства горных работ драглайнами предполагают выемку пород по схеме "экскаватор-отвал" и "экскаватор-навал", где из навала порода перегружается в транспортные средства карьерной мехлопатой. В порядке производственного эксперимента использовался драглайн с непосредственной загрузкой думпкаров [20,54]. Работа драглайна по бестранспортной схеме предопределяет его работу в узком забое, ширина которого определяется не паспортными характеристиками экскаватора, а горногеологическими условиями. Распределение количества включений по продолжительности наработки на отказ носит гиперболический характер.
Максимальное количество включений приходится на 3,5 часа наработки на отказ. При этом среднеарифметическая величина коэффициента использования рабочего времени драглайном составляет 0,67 или 4 часа в шестичасовую смену. Использование рабочего времени при непосредственной погрузке в автомобильный и железнодорожный транспорт колеблется от 0,42 до 0,56. Этот показатель значительно ниже, чем при работе драглайна по схеме "экскаватор-отвал". Ширина заходки также мала (около 15 м), так как она принимается равновеликой заходке карьерной мехлопаты. Ряд авторов [91,121] отмечает, что драглайн способен отрабатывать широкую заходку до 100 м и более. Но разработка пород драглайнами с погрузкой на транспорт сдерживается жесткой связью "драглайн-транспорт". Тесная привязка драглайна к условиям разработки уступа мехлопатами не позволяет полностью использовать производственную мощность драглайна.
Основное время простоя экскаватора отмечается при ожидании составов под погрузку и при перекладках путей. Только по этим причинам простои составляют 15-28% календарного времени. Другие причины простоев при работе драглайна с погрузкой на транспорт и по схеме "экскаватор-отвал" имеют близкие по абсолютной величине показатели. В работе [91] показано, что эффективность использования рабочего времени экскаваторов можно оценить коэффициентом технологических простоев экскаваторов: Анализ показывает, что у железнодорожного транспорта есть значительные резервы снижения простоев за счет резкого снижения величины іц пц Ne, путем замены іц на /, (время загрузки). Если снизить время загрузки состава с 40 мин до 4 мин, то коэффициент технологических простоев железнодорожного транспорта уменьшится до 0,04, что приведет к росту производительности железнодорожного состава в 1,3-1,6 раза. Повысить эффективность разработки пород драглайнами возможно за счет исключения времени ожидания транспортных средств и путем увеличения ширины заходки, сокравдающей общее количество передвижек путей и соответственно продолжительность простоев из-за путеперекладочных работ. К примеру, на МГОКе драглайном на 1 м пути отрабатывается около 210 м3 породы. При замене на более мощные драглайны (со стрелой 100 м) станет возможным увеличить высоту отрабатываемого уступа до 35-40 м и ширину заходки (блока) до 100 м. Простои драглайна при этом сократятся в 10-15 раз [91].
Исследования показали, что технические возможности мощного драглайна при погрузке горной массы на транспорт можно полностью использовать за счет включения в технологическую цепочку промежуточного звена демпфирующей емкости или бункерной установки. Загрузка транспортного средства через бункер обеспечит гибкую связь процессов вы-емочно-погрузочных и транспортных работ. При этом бункерная установка должна обеспечивать некоторую работу драглайна или транспорта при простоях одного из них. Вероятность простоев одного из двух смежных звеньев (операций) Д-драглайна и Т-транспорта определяется функциональной зависимостью: По правилам ПТЭ и ПТБ на транспорте минимальное время обмена составов на погрузке составляет іобм.=3лшн }ас0вая пропускная возможность одного транспортного железнодорожного пути - ПсостМас показана на графике рис.3.3. Таким образом, один грузовой путь на усще может пропустить максимум 20 "вертушек" в час. Учитывая грузоподъемность составов (щ при необходимости вывозки большего объема из под бункера следует устанавливать и монтировать дополнительные грузовые пути. Названные ограничения и количество грузовых путей определяют необходимую эксплуатационную производительность драглайна.
Однако время наработки на отказ драглайна и время наработки на отказ у железнодорожного транспорта различаются, поэтому устойчивая я независимая работа драглайна и железнодорожного транспорта ограничиваются вместимостью бункера. Драглайн может производить погрузку через бункер так ке на конвейерный, гидравлический и автомобильный транспорт. Условия независимой работы названных видов транспорта имеют аналогичные железнодорожному транспорту ограничения. .3.2.2. Влияние параметров драглайна и типа забоя на технологические показатели разработки уступа
Для исследований параметров взята технологическая схема выемочно-погрузочных работ с применением бункерных установок; рекомендованная в работе [91], где автор подробно изложил влияние технических данных драглайна и физико-механических характеристик разрабатываемых пород на основные параметры забоя. Параметры забоя драглайнов были исследованы во взаимоувязке с технологической схемой применения бункеров. Определяется 3 типа забоев драглайна при его работе на бункер: торцовый, фронтальный (рис.3.4) и веерный (рис.3.5). Каждый тип забоя драглайна характеризуется шириной заходки - Л3, шагом перемещения драглайна - Ъ& шагом перемещения пункта разгрузки ковша - Lm и высотой разрабатываемого уступа - Ну . Физико-механические свойства разрабатываемых пород оказывают влияние через угол откоса уступа - уу и угол откоса забоя - /3. Радиус черпания - К» радиус разгрузки - Яр и минимальный радиус черпания - ft/""1 в значительной степени оказывают влияние на параметры забоя. В работе были так же установлены зависимости ширины заходки, шага перемещения драглайна, шага перемещения пункта разгрузки ковша (шаг пере- движки бункера) и объема разрабатываемой на одно положение бункера породы от основных характеристик драглайна.
На рис.3.6 представлены результаты расчетов для торцевого забоя, а на рис.3.7 - для веерного забоя. Анализ рис.3.6, 3.7 показывает, что при отработке уступа высотой Иу= 0,33LC на одно положение бункерной установки при торцевом забое отрабатывается 0,25L/, М3 горной массы, а при веерном забое 0,&?JL/, м3, ТО есть в 3,3 раза больше. Установлено, что наиболее рациональным по исследуемым параметрам (A,,Lm,Ld является веерный забой (рис.3.5). Веерный забой рассматривается в трех положениях по отношению к фронту работ: перпендикулярный (рис.3.8), параллельный и диагональный. Но дальше исследования веерных забоев и выражения их параметров через показатели характеристик драглайнов автор не пошел.
В работе [91] объем горной породы, отрабатываемый драглайном на одно положение бункерной установки для различных типов забоев рассчитывался только одним параметром драглайна -ион, от которого зависит максимальная величина отрабатываемого объема. Но если рассматривать этот вопрос применительно к срокам отработки забоя, необходимо было рассмотреть и другой параметр - производительность драглайна -Q#, которая характеризуется емкостью ковша - Д». При производстве работ драглайном ЭШ-100/100 годовая эксплуатационная производительность составит Qd 18 млн.м . Соответственно объем горных работ на одно положение бункерной установки при отработке веерного забоя драглайном ЭШ-100/100 составит: Wd.i=0,83AcJ=Q,83 мянл . В табл.3.5 сведены результаты расчетов продолжительности работы драглайна на одно положение бункерной установки, произведенные для различных типоразмеров драглайнов.
Оценка прочности конструкции секции потокоформирующего модуля
Бункерные установки под мощные драглайны при проектировании, вероятно, рассчи тывались на прочность (проект Коксохиммаша, бункера МГИ), но публикаций по этим кон струкциям не опубликовано. По этой причине считаем необходимым выполнить прочност ные расчеты, которые определят и вес каждой секции. Лхасс.. ,. .-- Расчеты производились на наиболее нагруженную секцию, расположенную в центре потокоформирующего модуля. Эта секция находится на оси породного конуса, создаваемого драглайном, то есть на элементы конструкции этой секции приходится максимальная нагруз ка. На другие секции нагрузка меньше. Следовательно, их расчет не обязателен, так как они выдержат нагрузку. Вместе с тем модуль монтируется из стандартных секций, и каждая из них может оказаться в центре модуля. і Предварительный расчет показал, что максимальная нагрузка - статическая. Поэтому все расчеты произведены на статическую нагрузку горной массы по оси конуса, создаваемого драглайном со стрелой 130 м. Рассматриваемая конструкция представляет собой сложную шгастинчато-стержневую систему, точно определение напряженно-деформированного состояния в элементах которой представляет довольно сложную задачу. В качестве метода расчета может быть использован метод конечных элементов (МКЭ) [63,156,130]. В настоящее время в России существуют несколько программных комплексов, основанных на МКЭ, разработанных применительно к персональным компьютерам, используя которые можно было бы решить поставленную задачу.
К их числу относятся СТАДИО, разработанный в инженерном центре прочности института Атомэнергопроект и CAN, разработанный в институте НИКИЭТ. Из зарубежных программных комплексов можно отметить ANSYS (США). Отметим, что упомянутые программные комплексы стоят довольно дорого и в зависимости от приобретаемой конфигурации их цена составляет от 2000 $ до 70000 $. Не имея их в распоряжении, здесь делается инженерная оценка прочности, которая, однако, является достаточной и показывает на возможность практической реализации конструкции. 4.5. L Определение допускаемых напряжений. В качестве материала изготовления конструкции выбрана сталь 3. Минимальные значения временного сопротивления (предела прочности) при нормальной температуре равно ав =3800 кгс/см2. Минимальное значение предела текучести щ2 =2500 кгс/см2. Номинальное допускаемое напряжение принимается минимальным из следующих значений: Расчеты конструкции потокоформирующего модуля на прочность Производим конкретные расчеты потокоформирующего модуля сотовой конструкции в котором, устанавливается 10 секций по горизонтали и 9 секций в поперечном направлении (рис.4.15). Максимальная высота грунта, насыпаемого на модуль равна 18 м.
Расчет вьшолняется для секции, расположенной в центре конструкции, отмеченной на рис.4.15 буквой А#удем полагать, что все секции конструкции одинаковы, хотя нагрузка на периферийных секциях меньше, и их оребрение может быть менее мощным, чем секций в центре конструкции. Уточнения могут быть произведены при реальной разработке проекта конструкции (толщина материала h=I0 мм=1 см). На рис. 4.16 показана схема нагружения секции потокоформирующего модуля. Будем различать среднюю часть, нагруженную весом породы G2 и боковые части, нагружающие борта весами породы G} = G3. Выполним расчет боковых стенок. Определим вес G]. При плотности породы у 2,5 т/м3. Анализизом статистических данныех времени наработки на отказ драглайнов установлено, что средняя величина составит tomK.cp=3 v. Сопоставляя их с результатами времени загрузки бункерной установки драглайнами различных типоразмеров (табл.4.7) можно выделить рациональные величины (объем ковша и длина стрелы драглайна) при его работе на бункерную установку. Определяющим фактором рациональности считаем время загрузки бункерной уста-новки драглайном равным 3 часа. В табл.4.7 эти параметры выделены чертой. Все что находится под чертой и показывает на не рациональность емкости ковша и длины стрелы драглайна. Все типоразмеры драглайна, находящиеся выше выделенного значения, показывают на занижение вместимости ковша, что так же можно считать не рациональной величиной типоразмера драглайна. Таким образом, рациональные типоразмеры драглайнов, разрабатывающих горную массу в бункерную установку, можно считать: ЭШ-15/60; ЭШ-15/65; ЭШ-20/70; ЭШ-25/75; ЭШ-30/80; ЭШ-40/85; ЭШ-45/90; ЭШ-55/95; ЭШ-65/100; ЭШ-95/115; ЭШ-168/125 и ЭШ-168/130. 4.7.2. Погрузка на гидротранспорт. Гидротранспорт пород от экскаваторов применялся на карьерах: Лебединском, Юж-но-Лебединском, Михайловском и Новоселковском рудоупрвления треста Никополь-Марганец (Украина). Несмотря на высокие проектные технико-экономические показатели практически ни на одной из ниуне были получены устойчивые показатели высокой эффективности разработки пород на гидротранспорт. Устаноки начинали работать в конце сезона, а новый сезон начинался с их реконструкции. И только два технологических решения (с гидромониторным размывом навала на Лебединском и Южно-Лебединском карьерах) применялись по нсколько лет. Над внедрением гидротранспорта на карьерах КМА в разные годы работали научные сотрудники Московского горного института и НИИКМА им. Л.Д.Шевякова.
Наблюдения за работой установок показали работоспособность испытанных технологических схем и правильность проверявшихся идей. Однако, ни один из исследователей не ответил на вопрос, почему установка не принята к постоянной работе в карьере. Целью применения каждой гидротранспортной установки было улучшение показателей на вскрышных работах и, главное, замена колесного транспорта столь чувствительного к погодным условиям простым, устойчивым в работе при любых климатических перепадах и несомненно - увеличение производительности экскаватора. Каждый научный коллектив при проектировании в основу проекта закладывал один или два положения при выполнении какого-либо процесса.. Так научный коллектив НИИКМА свои исследования строил при применении ЦЗУ (центробежных загрузочных устройств), оставляя без должного внимания другие процессы и весь комплекс в целом.
Московский горный институт свою работу строил на исследовании пульпоприготов-ления и доставки породы или пульпы к забойной землесосной установке. Но все научные коллективы свои исследования базировали на действующих гидромониторнщ-землесосных установках. Губкинское СУ «Гидромеханизация» совместно с проектной конторой «Гидромех-проект» выполнило установку гидромонитроного размыва породы, создаваемого роторным экскаватором или драглайном. При этом производственники стремились повысить эффективность применения гидромеханизации, основываясь на нормативных документах (требуемые напоры, удельный расход воды). Эти установки имели высокие показатели (выше чем при гидромониторном размыве целика) потому, что они создавались специально для размыва навала, а не приспосабливались к действующим гидромониторнно-насосно-землесосным установкам, Среднее значение сменной производительности одного экскаватора по железорудным составило в 1979 г 1210 м3/см, В то же время среднесменная производительность одного экскаватора работающего на гидротранспорт была на 20-405 ниже среднеотраслевой. Исключение составляет работа гидротранспортной установки при размыве экскаваторных навалов. На Лебединском карьере среднесменная производительность экскаватора при укладке породы в навал, подлежащий последующему смыву составлял 2047 м /см. Соответственно, у средств гидромеханизации есть резервы повышения эффективности экскаваторной разработки пород. Сопоставление использования гидротранспортных установок во времени показывает близость величины Тв со всеми рассмотренными установками в других отраслях промышленности.
