Содержание к диссертации
Введение
Состояние изученности вопроса. Цель и задачи исследования 12
1.1. Оценка состояния разрабатываемых пород и классификация их по трудности экскавации 12
1.2. Воздействие отрицательных температур окружающей среды на физико-механические свойства горных пород 24
1.3. Анализ результатов исследований экскаваторов, разрабатывающих мерзлые породы 31
1.4. Цель и задачи исследования 35
В ыводы 35
Исследование влияния горнотехнических характеристик взорванных скальных пород и низких температур окружающей среды на уровень надежности и трещиностойкости металлоконструкций шагающих экскаваторов 37
2.1. Основные виды хрупких разрушений металлоконструкций шагающих экскаваторов, эксплуатирующихся на разрезах Кузбасса 37
2.2. Экспериментальное исследование характеристик трещино-стойкости стали 10ХСНД, применяемой для изготовления металлоконструкций шагающих экскаваторов 44
2.3. Оценка надежности металлоконструкций шагающих экскаваторов 59
2.4. Установление влияния горнотехнических характеристик взорванной горной массы на надежность шагающих экскаваторов в зависимости от низких температур окружающей среды 62
Выводы 71
Исследования уровня нагруженности экскаваторов ЭШ 10/70, при разработке взорванных скальных пород 73
3.1. Методика проведения исследований уровня нагруженности экскаватора ЭШ 10/70 73
3.2. Влияние грансостава взорванной горной массы и температуры окружающей среды на уровень нагруженности металлоконструкций шагающих экскаваторов 79
3.3. Результаты исследований размахов напряжений в промышленных условиях 86
3.4. Расчет напряженно-деформированного состояния элементов металлоконструкций экскаватора ЭШ 10/70, с применением конечно-элементного моделирования 94
Выводы 101
Оценка долговечности металлоконструкций шагающих экскаваторов с учетом влияния горнотехнических характеристик взорванной горной массы и низких температур окружающей среды 103
4.1. Расчет числа циклов нагружения металлоконструкций экскаватора ЭШ 10/70 103
4.2. Оценка долговечности элементов металлоконструкций шагающих экскаваторов с учетом влияния горнотехнических характеристик и низких температур окружающей среды 115
4.3. Исследование продолжительности цикла экскавации взорванных скальных пород в летний и зимний периоды 121
4.4. Производительность шагающих экскаваторов с учетом параметров надежности и периодов эксплуатации 128
4.5. Технико-экономическая эффективность вскрышных работ в зимний период 137
Выводы 139
Заключение 141
Список использованной литературы 143
Приложения 150
- Воздействие отрицательных температур окружающей среды на физико-механические свойства горных пород
- Экспериментальное исследование характеристик трещино-стойкости стали 10ХСНД, применяемой для изготовления металлоконструкций шагающих экскаваторов
- Влияние грансостава взорванной горной массы и температуры окружающей среды на уровень нагруженности металлоконструкций шагающих экскаваторов
- Оценка долговечности элементов металлоконструкций шагающих экскаваторов с учетом влияния горнотехнических характеристик и низких температур окружающей среды
Введение к работе
Актуальность работы. Постоянное развитие открытой разработки полезных ископаемых на разрезах Кузбасса ставит перед угольной промышленностыо важную задачу по увеличению долговечности и производительности шагающих экскаваторов.
Шагающие экскаваторы нашли основное применение при бестранспортной системе разработки месторождений открытым способом. Обладая технологическими и экономическими преимуществами по сравнению с другими видами экскаваторов, они, в свою очередь, являются более металлоемкими и технологически сложными машинами, и, как следствие, дорогостоящими. Нормативный срок службы шагающих экскаваторов составляет 20 лет. За это время происходит не только физический износ основного оборудования, но и его моральное старение. В настоящее время горнодобывающие предприятия не в состоянии своевременно обновлять парк машин, поэтому вынуждены эксплуатировать машины, отработавшие нормативный срок службы.
Особо опасными с точки зрения трещинообразования являются динамические нагрузки. Формирование нагрузок на несущие металлоконструкции и основные механизмы шагающих экскаваторов в значительной степени зависит от физико-механических свойств разрабатываемых пород и качества их подготовки к экскавации, характеризуемого средним диаметром
6 куска в развале пород и коэффициентом разрыхления взорванной горной массы.
Эксплуатация экскаваторов сверх нормативного срока службы приводит к дополнительному образованию трещин в отдельных элементах конструкций и их росту до критических размеров. Вследствие этого увеличивается время простоев оборудования, возрастают затраты на проведение ремонтов и, как следствие, снижается их производительность.
Под влиянием низких отрицательных температур значительно снижаются вязкостные свойства сталей, применяемых для изготовления металлоконструкций экскаваторов. Резкие колебания температур вызывают дополнительные напряжения в их металлоконструкциях. Низкие температуры окружающей среды способствуют увеличению среднего диаметра куска развала пород, что вызывает увеличение напряжений в металлоконструкциях экскаваторов, в результате чего увеличивается скорость развития трещин в металлоконструкциях и снижается их долговечность.
С этой точки зрения разработка способа оценки долговечности металлоконструкций шагающих экскаваторов с учетом горнотехнических характеристик взорванной горной массы и низких температур окружающей среды является весьма актуальной задачей.
Цель работы - оценка долговечности металлоконструкций шагающих экскаваторов с учетом влияния горнотехнических характеристик взорванной горной массы и низких температур окружающей среды.
Идея работы заключается в учете горнотехнических характеристик взорванной горной массы и низких температур окружающей среды при оценке долговечности шагающих экскаваторов.
Задачи исследования: изучить влияние горнотехнических характеристик взорванной горной массы и температуры окружающей среды на параметры надежности и трещиностойкости металлоконструкций шагающих экскаваторов; установить влияние гранулометрического состава взорванных горных пород и температуры окружающей среды на размахи напряжений, возникающих в металлоконструкциях шагающих экскаваторов. разработать методику прогноза долговечности металлоконструкций шагающих экскаваторов.
Методы исследований: конечно-элементное моделирование, натурные и лабораторные исследования; обработка экспериментального материала методами математической статистики и теории вероятности.
Основные научные положения, выносимые на защиту: - параметр потока отказов экскаватора ЭШ 10/70 в зимний период по сравнению с летним при увеличении среднего диаметра куска породы в развале на 20% увеличивается в 1,8 раза, а трещиностойкость металлоконструкций (стрела, надстройка, поворотная платформа) при понижении температуры до -40С уменьшается в 1,4 раза. - увеличение среднего диаметра куска развала в результате смерзаемости горных пород в диапазоне 0,3-0,45 м связанно пропорциональной зависимостью с напряжениями, возникающими в металлоконструкциях шагающих экскаваторов, которые возрастают при этом в 1,3 раза. - учет влияния гранулометрического состава взорванных пород и низких температур при оценке долговечности металлоконструкций, позволяет прогнозировать развитие трещин в металлоконструкциях шагающих экскаваторов, увеличивать производительность экскаваторов в 1,3-1,5 раза за счет сокращения времени внеплановых ремонтов.
Научная новизна работы заключается: - в установлении влияния горнотехнических характеристик взорванной горной массы и температуры окружающей среды на уровень нагруженности и долговечности металлоконструкций шагающих экскаваторов; - в разработке статистических моделей, учитывающих влияние горнотехнических характеристик и температуры окружающей среды на уровень механической нагруженности металлоконструкций шагающих экскаваторов; в создании методики прогноза долговечности металлоконструкций шагающих экскаваторов.
Достоверность научных результатов подтверждается: - применением апробированных методов теории вероятностей и математической статистики; - достаточным по статистическим критериям объемом выборок, определяющих уровень нагруженности металлоконструкций шагающих экскаваторов; сходимостью расчетных значений нагруженности металлоконструкций, полученных с помощью конечно-элементного моделирования с экспериментальными данными. Личный вклад автора заключается: в систематизации и научном обобщении методов исследования структурных и физико-механических свойств взорванных скальных пород; в обработке экспериментальных данных и получения регрессионных зависимостей между гранулометрическим составом, температурой окружающей среды и уровнем нагруженности металлоконструкций драглайнов; - в разработке методики, позволяющей оперативно оценивать долговечность шагающих экскаваторов при разработке взорванных пород в летний и зимний периоды. - в теоретических и экспериментальных исследованиях, направленных на изучение влияния гранулометрического состава взорванных пород и температур окружающей среды на уровень производительности и долговечности шагающих экскаваторов;
Практическая ценность работы. Результаты выполненных исследований позволяют по заданным горно-технологическим и температурным условиям прогнозировать скорость развития трещин в металлоконструкциях шагающих экскаваторов и устанавливать обоснованные сроки их ремонта. Это дает возможность повысить производительность экскаваторов при разработке взорванных горных пород за счет сокращения времени простоев, обусловленного устранением трещин в их м етал л о ко нстру к циях.
Реализация работы. Результаты работы реализованы в виде рекомендаций по продлению межремонтных периодов работы шагающих экскаваторов с учетом качества подготовки взорванных пород и низких температур, выданных филиалу "Ерунаковский угольный разрез" ОАО УК "Кузбассразрезуголь".
Апробация работы. Основные научные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на III Международной научно-практической конференции "Наукоемкие технологии добычи и переработки полезных ископаемых" (Новосибирск, 2003 г.); XVIII Межреспубликанской конференции "Численные методы решения задач теории упругости и пластичности" (Новосибирск, 2003 г.); X Международной научно-практической конференции "Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири" (Кемерово, 2004 г.); China-Russia Symposium on Underground Engineering of City and Mine "New Progress of civil engineering and Architecture" (Qingdao, China, 2004 г.); научно-практических конференциях студентов, аспирантов и профессорско - преподавательского состава КузГТУ (2001-2005 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и изложена на
11 150 страницах машинописного текста, содержит 14 таблиц, 57 рисунков и список литературы из 74 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю д.т.н., проф. И.А. Паначеву; д.т.н., проф. А.В.Бирюкову; к.т.н., М.Ю. Насонову; к.т.н. СИ. Протасову (НИФ «КузбассНИОГР») за помощь в проведении исследований, ценные советы и замечания, а также за постоянное внимание к работе.
Воздействие отрицательных температур окружающей среды на физико-механические свойства горных пород
Взорванные горные породы отличаются от массивных горных пород своей раздробленностью. Они представляют комплекс отдельных твердых частиц, которые разобщены между собой или соединены связями, значительно более слабыми, чем молекулярные связи самих твердых частиц.
В условиях естественного залегания горные породы представляют собой многофазную систему, состоящую из твердых минеральных частиц, воздуха и воды. Эта система может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии в зависимости от температуры грунта. Исследованиями установлено [11], что основное влияние на физические свойства неоднородных пород оказывает количество содержащихся в них глинистых частиц (размером менее 0,005 мм), которые, в отличие от галечных, гравелистых и песчаных частиц, обладают связностью.
При воздействии отрицательной температуры вода, содержащаяся в породе, начинает переходить из жидкого состояния в твердое, т. е. в лед [12,13]. Процесс замерзания крупнозернистых песков, насыщенных водой, начинается при температуре -0, 1-Ї- -0,2 С, а мелкозернистых суглинков и глин — при температуре -1-Ї- -2 С и даже ниже.
При дальнейшем воздействии отрицательной температуры все большее количество воды в породе переходит в лед [14]. В результате этого процесса меняется структура пород, увеличивается его механическая прочность, и изменяются некоторые свойства [15] (пластические деформации, Рыхлые породы в зимних условиях, при промерзании становятся очень прочными, особенно в поверхностном слое, который находится в непосредственной близости с наружным воздухом [16].
При промерзании горной породы резко увеличивается временное сопротивление на сжатие [17], удельное сопротивление резанию, относительная плотность р. С увеличением глубины мерзлого слоя прочность пород увеличивается. Изменение относительной плотности р в поверхностной части (глубина 10 см) мерзлого слоя в зависимости от глубины промерзания представлено на рис. 1.2.
Интенсивность промерзания и возникающие при этом изменения свойств у разных пород неодинаковы и пока еще недостаточно изучены. Однако можно считать установленным, что прочностные свойства мерзлых пород в значительной степени зависят от их вида и влажности.
Зависимость относительной плотности горных пород от глубины промерзания: 1 - плотная глина; 2- жирная глина; 3- супесь; 4-аргелиты
Мерзлые грунты и породы в зависимости от различных факторов разрушения могут вести себя как упругие (хрупкие) и как пластичные тела [18,19]. Отделение от массива малопластичных мерзлых пород и грунтов обычно происходит при значительном проявлении скола в отличие от выемки пластичных глинистых грунтов.
Физические свойства мерзлого бурого угля резко отличаются от свойств мерзлых глинистых пород (глин различных сортов, суглинков).
Промерзшие глины и суглинки при повышенной крепости сохраняют высокую степень вязкости, делающую применение буровзрывных работ для их рыхления малоэффективным. Пластичные и вязкие глины ввиду своей значительной влажности при замерзании в различных направлениях покрываются трещинами, заполненными льдом. Эти трещины нарушают сцепление основной массы глины, придают ей брекчиевидную форму и глина в определенной степени теряет свойство пластичности. При отделении таких пород от массива также проявляется скол, но в меньшей степени по сравнению с малопластичными породами.
Процесс замерзания пород в карьерных условиях главным образом определяется отрицательной температурой наружного воздуха и длительностью ее воздействия, свойствами пород, положением горизонта грунтовых вод, глубиной и плотностью снежного покрова, направлением и скоростью ветра.
Основным фактором, определяющим начало и конец мерзлого состояния пород, является устойчивая среднесуточная отрицательная температура воздуха [20]. От нее зависит начало и конец зимнего периода. Период мерзлого состояния пород несколько запаздывает от зимнего периода. Обычно грунт приходит в устойчивое мерзлое состояние через 5-20 дней после наступления зимнего периода и сохраняет это состояние еще от 30 до 15 дней после его окончания [21,22]. Эти сроки относятся соответственно к северным и южным районам России. Время наибольшего сезонного промерзания грунта и пород обычно наступает спустя 1-2 месяца после наступления наибольших морозов.
При одинаковой глубине промерзания забоя коэффициент 5 при использовании мощных экскаваторов в несколько раз меньше по сравнению с экскаваторами малой мощности [I7J. Если при глу зо бине промерзания 1,5-2 м коэффициент S у экскаватора ЭКГ-4 составляет 5-6 %, то у экскаватора ЭШ 20/90 - 60-70 %.
Остальная часть разрабатываемого забоя, кроме мерзлого слоя в кровле и откосе, находится в талом состоянии. В условиях низких температур не смерзшиеся взорванные породы способны примерзать к соприкасающимся с ними поверхностями экскаватора (ковшу, гусеницам, механизму шагания).
Интенсивность примерзания пород, особенно глин к соприкасающимся поверхностям зависит от влажности и свойств взорванных горных пород (гранулометрического и петрографического состава) температуры наружного воздуха и продолжительности промерзания.
Каждый вид пород при определенном гранулометрическом составе имеет свою критическую влажность, при которой начинается процесс промерзания. Так, для глинистых пород критическая влажность составляет 12-13 %, для угля 9- 10 %, а для аргелитов 6-8 %[17].
Наиболее склонны к промерзанию глинистые породы, обладающие большой влажностью и связностью. Так, уже при температуре воздуха -5- - -10 начинается значительное промерзание глин и с понижением температуры оно резко увеличивается. Промерзание малосвяных пород (песчаных пород, углей, аргелитов) происходит в меньшей степени, но с понижением температуры прочностные свойства увеличиваются, что сказывается на трудности их разработке.
Экспериментальное исследование характеристик трещино-стойкости стали 10ХСНД, применяемой для изготовления металлоконструкций шагающих экскаваторов
Проведенный анализ характера нагружения, условий эксплуатации и разрушений металлоконструкций шагающих экскаваторов показали, что сочетание статического, циклического характера нагружения и низких температур эксплуатации приводит к сокращению долговечности, уменьшению эксплуатационной надежности и катастрофическому разрушению конструкций, которые могут привести к огромным материальным затратам и жертвам. Поэтому для прогнозирования долговечности и эксплуатационной надежности элементов металлоконструкций, работающих в условиях низких температур, необходимо располагать экспериментальными данными о статической и циклической трещиностойкости материалов применяемых при изготовлении металлоконструкций шагающих экскаваторов.
К этим параметрам относятся критический коэффициент интенсивности напряжений (Кіс) _ параметр статической трещиностойкости сталей, и скорость роста трещин (dl/dN) - параметр циклической трещиностойкости.
Для исследований использовались плоские образцы с односторонним боковым надрезом, нагружаемые внецентренным растяжением, в которых исследовались три зоны (ввиду различий механических свойств в этих зонах): основной металл, металл околошовной зоны и металл сварного шва (рис.2.4).
В основном для изготовления металлоконструкций шагающих экскаваторов, таких как стрела, надстройка и поворотная платформа, работающих в условиях низких (отрицательных) температур, используется низколегированная сталь 10ХСНД. Толщина образцов соответствовала натурной конструкции.
Эксперименты по определению характеристик статической и циклической трещиностойкости стали ШХСНД, были выполнены при воздействии отрицательных температур рабочего диапазона от О до -40 С.
Для проведения циклических и статических испытаний при пониженных температурах применялся метод контактного охлаждения [69]. Охлаждение образца 1 осуществляется радиаторами 2, представляющими собой полые камеры, которые с помощыо штуцеров 3 соединяются с магистральными трубами для подачи и отвода жидкого азота. Радиаторы были установлены симметрично относителыю надреза с обеих сторон образца и закреплялись винтами. Для уменьшения потерь холода поверхность радиатора охлаждения покрыта теплоизоляционным материалом. Система автоматического регулирования температуры образца состоит из термопар 4 и автоматического регулятора температуры 5, управляющего включением нагревательных элементов 6, установленных в дыоар с жидким азотом 7.
Использованная система охлаждения позволяет длительное время поддерживать в области упругопластического деформирования и развития трещины заданную температуру, с погрешностью не более (± Г С).
Наиболее распространенной в настоящее время подход с точки зрения механики разрушения, используемый при оценке трещиностойкости конструкционных материалов, основанный на представлениях о критичестих коэффициентах интенсивности напряжений в вершине трещины, имеет ряд ограничений: подход корректен для случая, когда размер зоны пластической деформации в вершине трещины мал по сравнению с длиной последней и размерами (толщиной) испытываемых образцов. В связи, с чем значительное внимание уделяется распространению методов механики разрушения, позволяющих оценить трещиностой кость материалов, характеризующихся при росте трещины заметным нелинейным (упругопластическим) деформированием.
К числу таких методов относится метод, основанный на представлении о критическом раскрытии трещины (5к-модель) [70,71], метод эквивалентной энергии [72], метод J-интеграла [73]. В данной работе для оценки статической трещиностойкости стали использовался метод J- интеграла, позволяющий определять вязкость разрушения при значительной пластической деформации в вершине трещины, в том числе в условиях общей текучести материала.
Экспериментальное определение J-интеграла, и его критического значения (Jc) производилось по методике, предложенной Биг-ли и Лэндизом [73]. Методика основана на измерении разности потенциальной энергии деформации Ди двух идентичных образцов, отличающихся лишь длиной трещины ЛІ, при одинаковом смещении Vt точек приложения нагрузки.
В образцах, предназначенных для определения статической трещиностойкости предварительно проращивалась трещина пульсирующим растяжением. Размах коэффициента интенсивности напряжений при этом принимался из условия; ДК 0,2Кс. Для точности определения площади относительные длины трещин (1/W) в образцах были приняты равными 0,25-0,60.
Влияние грансостава взорванной горной массы и температуры окружающей среды на уровень нагруженности металлоконструкций шагающих экскаваторов
Для оценки степени связи между максимальными значениями напряжений (табл.3.1), возникающих в элементах металлоконструкций стрелы, и определяющими их факторами (грансостав, тем пература окружающей среды) использованы методы регрессионного анализа.
Для определения тесноты связи между переменными (грансо-став, температура окружающей среды) и напряжениями на ЭВМ был выполнен регрессионный анализ, с применением программы EXEL [51,52]. На основе проведенного регрессионного анализа были получены регрессионные модели, описывающие взаимосвязь грансостава взорванной горной массы, температур окружающей среды и уровня напряжений, возникающих в металлоконструкциях экскаватора ЭШ 10/70. С целью более наглядного представления изменения напряжений в зависимости от изменяемых параметрах (dcp- средний диаметр куска; Кр- коэффициента разрыхления и температуры окружающей среды, t ), графики, были объединены. Полученные графики представлены на рис.3.6-3.8. Из рис.3.6 видно, что с увеличением среднего диаметра куска в развале с 0,3 до 0,45 м, уровень напряжений увеличивается в 1,3 раза. Существенным фактором на этот процесс оказывают сезонность экскавации и блочность разрабатываемых пород [53] при экскавации взорванных пород в зимний период породы под воздействием отрицательных температур смерзаются, образуя при этом негабаритные куски, то есть куски, которые соизмеримы с шириной ковша.
По результатам выполненных исследований были построены регрессионные модели, устанавливающие взаимосвязь между гран-составом и периодом экскавации на уровень нагруженное металлоконструкций экскаваторов. Была оценена адекватность полученных моделей. При проверке адекватности установлено, что найденные регрессионные модели адекватны.
Элементы сварных металлоконструкций шагающих экскаваторов разрабатывающие взорванные скальные породы, подвержены воздействию циклических нагрузок [54,55] и температур окружающей среды. Действие последних оказывает влияние не только на скорость роста трещин в металлоконструкциях, но и на смер-заемость горной массы, приводящее к увеличению напряжений в них.
Работоспособность и долговечность этих элементов зависят главным образом от сопротивляемости их усталостным повреждениям. В большинстве случаев именно усталостные повреждения, соответствующие стадиям зарождения макротрещин [56], определяют несущую способность конструкций, так как после достижения трещинами критических размеров в условиях отрицательных температур окружающей среды возможен переход от усталостного разрушения к хрупкому даже при низких номинальных напряжениях.
Как показали обследования шагающих экскаваторов (глава 2, п.2.1) эксплуатирующихся на разрезах Кузбасса, в их несущих элементах металлоконструкций в районе сварных соединений, несмотря на запас прочности, предусмотренный расчетными методиками [57,58,59], весьма часто появляются усталостные трещины. Это объясняется тем, что в данных методиках не учитываются влияние грансостава взорванных пород и низких температур окружающей среды на уровень нагруженности металлоконструкций шагающих экскаваторов.
Эксплуатационная нагруженность элементов металлоконструкций экскаваторов не поддается точному определению аналитическим путем вследствие случайной природы большинства воспринимаемых ими нагрузок. Наличие ряда не поддающихся прямому учету факторов, влияющих на циклическую нагруженность элементов металлоконструкций, большей частью допускает лишь описание уровня их нагруженности с помощью математической статистики.
Для расчета долговечности металлоконструкций шагающих экскаваторов экспериментально определялись размахи напряжений (До, МПа) при изменении температуры от -20С до + 20С, зависящие от уровня возникающих циклических нагрузок. Влажность разрабатываемых пород составляла W= 12-14 %. Средний диаметр куска в развале (dcp) изменялся в диапазоне 0,3 0,7 м. Коэффициент разрыхления (Кр) менялся по зонам забоя в пределах от 1,1 до 1,5 и в среднем по забою был равен 1,35.
Оценка долговечности элементов металлоконструкций шагающих экскаваторов с учетом влияния горнотехнических характеристик и низких температур окружающей среды
Располагая комплексом данных, полученных экспериментальным путем, в настоящей работе оценка ресурса конструкции на стадии роста усталостной трещины в условиях низких температур производится следующим образом:
Задаются размеры трещины, которые определяются по результатам ультразвукового контроля.
Для заданной марки стали определяют основные механические характеристики (табл.2.4), значения циклической (параметры трещины "С" и "п", в табл. 2.5) и статической (Кс -рис.2.14) трещи-ностойкости. Определяется характер и уровень нагружешюсти металлоконструкций (глава 3). При отсутствии экспериментальных данных о величинах местных напряжений в зонах концентрации в расчет вводится упругий коэффициент концентрации напряжений а0. Определение упругого коэффициента концентрации напряжений производят согласно [74].
Определение критического размера трещиноподобного дефекта производится методом последовательного приближения, используя характеристики статической трещиностойкости материала - Кс, соответствующие наиболее низкой эксплуатационной температуре и параметры формы трещиноподобного дефекта. Для сварного соединения величина вязкости разрушения (Кс) выбирается наименьшая из 3-х значений статической трещиностойкости: основного металла, металла сварного шва, металла околошовной зоны.
Выражение (4.7) учитывает изменение напряжений в устье трещины, расположенной в зоне влияния конструктивного концентратора напряжений и размеров трещины в процессе эксплуатации. Параметры линейной аппроксимации "С" и "п" уравнения Периса выбирается на участках lj+r 1, в соответствии с зоной сварного соединения, в которой развивается трещина и температурой эксплуатации конструкции.
При разработке взорванных скальных пород длительность экскаваторного цикла, при прочих равных условиях, определяется длительностью черпания, зависящей от качества подготовки пород, т.е. определяется только кусковатостью горной массы.
Известны теоретические и экспериментальные исследования Н.Г. Домбровского [5] по определению времени черпания для драглайнов с различной емкостью ковша при разработке взорванных пород, однако при этом отсутствует количественная оценка куско-ватости пород.
Вопрос взаимосвязи времени черпания с кусковатостью пород для драглайнов с различной емкостью ковшей рассматривался в исследовательской работе А.С. Ташкинова [64], выполненной для условий Кузбасса. Однако автор не ставил цели исследовать зависимость времени черпания при экскавации взорванных скальных пород в зимний период.
В связи с этим были проведены экспериментальные исследования по установлению зависимости времени черпания от кускова-тости в летний и зимний период. Исследования проводились на разрезах Кузбасса.
За время черпания была принята продолжительность прохождения ковша по забою от момента касания ковша с поверхностью развала породы в забое (начало операции черпания) до отрыва ковша от груди забоя (конец операции черпания). Кусковатость пород в забое определялась по фотопланиметрическому методу [65].
Время черпания устанавливалось хронометражными наблюдениями. В результате получали определенное количество выборочных значений времени черпания (tb i2,...tn) при фиксированном значении кусковатости пород. По выборочным значениям определялись среднее выборочных значений, которым и характеризовалось время черпания при данном значении кусковатости пород.
Выборочные значения времени черпания характеризуется некоторым рассеянием около своего среднего значения. Рассеяние обусловлено рядом причин: грансоставом разрабатываемых пород, типом применяемых экскаваторов, квалификацией машиниста и пр., но несомненно главной причиной является кусковатость развала пород. Поэтому для обеспечения точности получаемых результатов вопрос об объеме выборке приобретает особо важное значение.
Показатель надежности Р принят равным 0.95, а допустимая относительная погрешность ідоп=5%, величина нормированного отклонения составляет R— 1,96. Для определения значения коэффициента вариации были проведены дополнительные наблюдения. Количество наблюдаемых циклов, при фиксированном значении кусковатости, изменялось в среднем от 40 до 90.
Для более полного осреднения выборочных значений времени черпания, что в конечном счете повышает точность статистического анализа, и максимального исключения влияния объема выборки на конечный результат, было принято максимальное наблюдаемое значение коэффициента вариации tBap=0,3. Тогда по выражению (4.11), с учетом приведенных значений входящих параметров, необходимое количество циклов, обеспечивающих заданную точность, составит п=140. По данной методике было проведено 100 наблюдений. Наблюдения проводились в летний и зимний период при экскавации взорванных скальных пород. Результаты наблюдений представлены на рис.4.12.
В результате выполненных исследований установлено, что между кусковатостью разрабатываемых пород и временем черпания экскаватора существует тесная корреляционная зависимость. При этом корреляционное отношение составляет 0,9.
