Введение к работе
Актальность_темы. . Развитие открытого способа добычи полезных ископаемых характеризуется постоянным усложнением горно-эксплуатационных , условий, а такжа необходимостью роста масштабов и концентрацій производства горных работ. При этом наиболее трудоемким и дорогостоящим является процесс транспортирования "ор-ной массы, затраты на который достигают БО-70% общих затрат на разработку.
На современном этапе развития горнодобывающей промышленности актуальным становится Еопрос изыскания ijobhx перспективных ресурсе- и энергосберегающих, экологически благоприятных технологий. В этом отношении представляют интерес карьерные транспортные системы з использованием привязных аэростатов, обеспечивающие транспорта- роЕзние горной массы без устройства дорожных' коммуникаций по крат- їайшюл расстояниям.
Объективными предпосылкам возможности и целесообразности зрименения привязных аэростатов в транспортных процессах на карьерах являются двухвековой опыт использования воздухоплавательных аппаратов при перевозках грузов и людей, получивший в последние пва-три десятилетия дополнительный толчок к развитию в связи о удорожанием таких природных источников энергии, как нефть и уголь, і возрождением интереса к водородной энергетике, а также значительные достижения в авиационно-космической технике, которые стало зозмоиным использозать в других отраслях-промышленности.
С другой стороны, наметившийся в нашей стране прогресс в об-іасти создания воздухоплавательных аппарате* нового поколения, связанный, в первую очередь, с деятельностью конструкторского бюро 'Термоплан" при Московском авиационном институте (МАИ) я випуском федприятияш Ульяновского промышленного комплекса первого термо-їлана "Россия" АЛЛ-40 в 1991 году (при планируемом в ближайшие цза-три года шпуске АЛА грузоподъемностью 600-700 т), позволяет сворить, о налички достаточной научно-технической базы и растущей ютребности в использовании летательных аппаратов легче воздуха.
В то к:е время вопросы эффективного использования воздухопла-$ательной техники в условиях открытых горних работ (ОГР), тракспо-тше процессы которых характеризуются рядом особенностей, оказа-
лись почта не исследованными и касались, в основном, традиционной дирижабельной технологии транспортирования, малоприспособленной к интенсивным грузопотокам на коротком плече перемещения горной массы.
Вот почему попытка изыскания эффективных аэростатно-канатньс транспортных систем (АКТС) для открытых горных работ (ОГР) является своевременной и актуальной.
В работе обобщены теоретические и экспериментальные исследования, выполненные автором в качестве исполнителя и ответственного исполнителя плановой (по заказу ПО "Крастякмаш") и госбюджетной тем в период 1989-1992 г.г. в Красноярском институте цветных металлов.
1}елью_рабогы является научное обоснование возможностей эффективного применения привязных аэростатических аппаратов (АСА) в технологии открытых горных работ (ОГР).
Задачи_исслелования:
анализ и установление рациональных аэростатно-канатных транспортных систем (АКТС) для использования на ОГР;
систематизация конструктивно-технологических схем рационального применения привязных аэростатов в транспортных процессах ОГР;
исследование и разработка новых аэростатно-канатных транспортных систем (АКТС);
оценка эффективности использования АКТС на открытых горных работах.
Методы исследований.. Для достижения поставленной цели использован комплексный метод исследований, включающий критический анализ литературных, фондовых, патентных материалов и их научное обобщение ; системный подход к разработке новых средств транспортирования при совокупном рассмотрении технических возможностей аэростатических аппаратов и технологических особенностей горного производства; физическое и математическое моделирование; аналитический метод и лабораторный эксперимент; технико-экономический анализ при оценке эффективности результатов исследований.
Ш2ЩЙ5_ШДотения_рабдты:
I. Применение привязных аэростатов позволяет использовать новые способы перемещения горной массы на карьерах, отличающиеся от
традиционных способов доставки горной масса отсутствием дорожных коммуникаций, меньшим сопротивлением движению, малым влиянием на окружающую среду, меньшей трудоемкостью, а по сравнению с вертолетным и дирижабельным - большей полезной нагрузкой, меньшей; зависимостью от погодных условий и энергоемкостью, при возможности работы в режиме рекуперации энергии.
2. Целесообразные конструктивно-технологические схемы карьерных транспортных систем с использованием привязных аэростатов определяются направлением грузопотоков, на которых осуществляется их работа. На наклонных грузопотоках "сверху вниз" или "снизу вверх" рациональными являются транспортные системы, при работе которых аэростат перемещается совместно с грузовой кареткой (транспортной емкостью) от пункта погрузки к пункту разгрузки и обратно, выполняя в транспортном процессе "активную" функции.. При работе на горизонтальных грузопотоках целесообразны конструктивно-технологиче- скк-з схемы со статическим, "пассивным" положением аэростата, выполняющим роль аэроопоры для элементов конструкции транспортной системы.
. 3. При подъеме горной массы из карьера аэростагно-канатныа транспортные системы (АКТС) обеспечивают более высокий коэффициент полезного использования энергии (0,71-0,77) по сравнению с автомобильным (0,14), дизель-гроллейвозным (0,17), железнодорожным (0,18) и конвейерным (0,45) видами транспорта, что определяет снижение затрат при автомобильно-аэростатном транспортировании по сравнению с автомобильным (в 1,75-3 раза) и автомобильно-конвзйер-ным (в 1,3-1,4 раза).
-
При открытой разработке месторождений полезных ископаемых в районах, характеризующихся ограниченными энаргетическими ресурсами и сложными топографическими условиями, высокую эффективность го сравнению с автомобильным и традиционным канатно-подвесным видами транспорта тлеет предложенный способ транспортирования горной массы по аэростатно-канатным спускам (АКС). Специфическими особенностями технологического процесса АКС являются энергетическая автономность, беззатратное, автоматическое ограничение величины максимально развиваемой скорости и плавность перехода от ускоренного к равномерному движению по канатной магистрали в широком диапазоне изменения угла наклона хорда пролета.
-
Основными факторами, влияющими на теоретипескуй производительность АКС, наряда с характерными для традиционных маятниковых
канатно-подаесши. дорог, являются свободная грузоподъемность аэростата и его аэродинамическая характеристика C-S, а также величина соотношения свободной грузоподъемности аэростата к массе перевозимого груза. Зависішость теоретической производательности АКС от величины соотношения свободной грузоподъемности аэростата к массе перевозимого груза имеет асимметричный характер, при этом максимальные значения производительности достигаются при установдешш величины свободной грузоподъемности аэростэта в интервале 0,2-0,6 от массы перевозимого груза.
Шчнэй_121Ина_рэзультатов_рабдты:
разработан ряд новых способов и комплексов, обеспечивающих перемещение горной массы в карьерах при экологизации транспортного процесса и значительном энерго- и ресурсосбережении;
выполнена систематизация рациональных конструктивно-технологических схем карьерных транспортных систем с использованием привязных аэростатов по признакам направленности грузойотоков и степени использования сил гравитации;
проведена сравнительная оценка энергетической: эффективности применения аэростатно-канатных транспортных систем (АКТС) при подъеме горной массы относительно автомобильного, дизель-троллейвозного, железнодорожного и конвейерного видов транспорта;
разработан метод расчета параметров и показателей применения аэростатно-канатных спусков (АКС), реализованный в вида комплекса программ для ЭВМ;
установлены отличительные особенности и закономерности изменения параметров и показателей применения АКС.
новнвэется:
принятыми теоретическими предпосылками, базирующимися на фундаментальных физических законах;
результатами экспериментальных лабораторных исследований;
использованием методов математического и физического моделирования;
технико-экономическими расчеташ;
надежностью"применяемых мэтодов исследования.
Шїиїкя_Ц|№9їь^^9ажзация_рабдтц. Результаты исследований позволяют осуществлять разработку целесообразных конструктивно-технологических схем аэростатно-канатшх транспортных систем <АКТС), 8 также проектировать с использованием ЭВМ азрсстаткс-ка-
натные спуски (АКС) для заданных условий применения на карьерах. Определены параметры семейства АКС в диапазоне изменения производительности QT = 12,4-7600 т/ч, длины канагной мэгистпзли L"= 350-250Q м, угла наклона хорды пролета а = 6,5-60. Техническое пред-, ложение на Еыемочно-транспортный комплекс ' ЭАКК-20/350 принято. ГО (Ш) "Крастяжмаш" для разработки перспективной программы создания новой'техники. Результаты работы используются в Красноярском институте цветных металлов при курсовом и дипломном проектировані"і, в курсах лекций по технологии ОГР.
Агфдбвция_работи.шЩіссертационная работа и отдельные ее разделы на различных этапах выполнения докладывались на Всесоюзном семинаре "Прикладные и теоретические вопросы нетрадиционной энергетики" (г. Ленинград, 1990 г.), Мевдународном симпозиуме по проблемам открытой разработки глубоких карьеров "Мирный-91" (г. Мирный, 1991 г.), техническом совещании концерна "Кемеровоуголь" (г. Кемерово, 1991 г.), технических совещаниях ПО (ГП) "Крастяжмаш" (І989-І99І г.г.), научных семинарах кафэдры "Открытые горные работы" Красноярского института цветных металлов (1990-1992 г.г.).
Публикации. Основные положения работы опубликованы в 3 статьях и 9 авторских свидетельствах.
Объем_работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы из 73 наименований, приложения, содержит 147 страниц машинописного текста, в том числе 27 рисунков и 16 таблиц.