Содержание к диссертации
Введение
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДО
ВАНИЙ 8
1.1. Опыт применения драглайнов при разработке скальных пород 8
1.2. Анализ теоретических исследований по использованию драглайнов на скальных породах 15
1.3. Выводы и задачи исследований 24
2. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ДРАГЛАЙНОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ СКАЛЬНЫХ ПОРОД 27
2.1. Установление закономерностей формирования продолжительности рабочего цикла драглайнов 27
2.2. Имитационная модель процесса разработки забоя драглайном .38
2.3. Результаты исследования влияния условий эксплуатации на производительность драглайнов ЭШ-Ю/70 и ЭШ-15/90 при экскавации скальных пород 47
2.4. Выводы 53
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОШИРОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ДРАГЛАЙНОВ НА СКАЛЬНЫХ ПОРОДАХ ПРИ ТРАНСП0Р1Н0Й СИСТЕМЕ РАЗРАБОТКИ 55
3.1. Вероятностно-статистический анализ простоев драглайнов .55
3.2. Методика прогнозирования коэффициента использования выемочно-погрузочного оборудования 80
3.3. Имитационная модель формирования коэффициента использования экскаваторов за определенный период эксплуатации 87
3.3.1. Обоснование построения и формализация модели 87
3.3.2. Разработка моделирующего алгоритма и проверка его адекватности реальному процессу формирования коэффициента использования 91
3.4. Исследование формирования коэффициентов использования драглайнов при помощи имитационной модели 97
3.5. Прогнозирование эксплуатационной производительности драглайнов ЭШ-Ю/70 и ЭШ-15/90 на скальных породах
3.6. Выводы 105
4. АНАЛИЗ И ФОРМАЛИЗАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ
ЭКСКАВАЦИИ СКАЛЬНЫХ ПОРОД ДРАГЛАЙНАМИ 109
4.1. Исследование взаимосвязи параметров забоя и рабочего оборудования драглайнов при транспортной системе разработки
4.2. Схемы экскавации скальных пород драглайнами при транспортной системе разработки
4.3. Схемы совместной работы экскаваторов типа прямая лопата и драглайн на один транспортный горизонт 125
4.4. Выводы 133
5. УСТАНОВЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ДРАГЛАЙНОВ НА СКАЛЬ НЫХ ПОРОДАХ ПРИ РАЗРАБОТКЕ КРУТОПАДАЩИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ 135
5.1. Обоснование и разработка методики определения рациональных параметров забоя драглайн 135
5.1.1. Исследование факторов, влияющих на выбор оптимальных параметров забоя драглайн 135
5.1.2. Разработка методики решения задачи определения рациональных параметров экскаваторного забоя при экскавации скальных пород драглайнами
5.2. Результаты исследований эффективности применения драглайнов на скальных породах в условиях карьера
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 173
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 175
ПРИЛОЖЕНИЕ I 180
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 188
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 193
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 198
- Опыт применения драглайнов при разработке скальных пород
- Установление закономерностей формирования продолжительности рабочего цикла драглайнов
- Вероятностно-статистический анализ простоев драглайнов
- Исследование взаимосвязи параметров забоя и рабочего оборудования драглайнов при транспортной системе разработки
- Обоснование и разработка методики определения рациональных параметров забоя драглайн
Введение к работе
Решениями ХХУІ съезда КПСС предусмотрено "...переоснащение карьеров горно-обогатительных комбинатов высокоэффективной техникой, ...создание и внедрение прогрессивной технологии, обеспечивающих рост производительности труда и снижение себестоимости продукции".
Увеличение мощности и параметров современных карьеров привело в последние годы к увеличению количества рабочих горизонтов и насыщению рабочих зон карьеров техникой, существенному росту объемов трудоемких вспомогательных и отставанию вскрышных работ. Для повышения эффективности углубочной системы разработки необходимо увеличить ее параметры путем применения новой высокопроизводительной техники.
Опыт ведения открытых горных работ в нашей стране и за рубежом показал, что при выемке и погрузке скальной горной массы в средства транспорта наряду с мехлопатами могут эффективно использоваться драглайны. Их рабочие параметры обеспечат увеличение высоты уступа, угла откоса рабочего борта, а применение на скальных породах угольных разрезов подтвердило высокие эксплуатационные и технические возможности.
Вместе с тем в настоящее время в отечественной горнодобывающей промышленности при углубочной системе разработки крутопадающих месторождений технологические схемы экскавации скальных пород драглайнами не применяют и при проектировании не рассматривают.
Причинами являются недостаточная изученность технологии использования драглайнов в этих условиях, отсутствие методики определения рациональных схем экскавации и параметров забоя драглайнов, рекомендаций по применению драглайнов на скальных породах в "Нормах технологического проектирования горнодобывающих предприятий черной металлургии". В этой связи исследования технологии примене- ния драглайнов при экскавации скальных пород и разработка рекомендаций по их использованию в железорудных карьерах является актуальной научной и практической задачей.
В связи с вышеизложенным целью диссертационной работы является совершенствование технологии разработки крутопадающих месторождений за счет использования драглайнов на скальных породах.
Для достижения поставленной цели в работе выдвинута идея: с помощью имитационного моделирования исследовать влияние условий эксплуатации на производительность драглайнов и эффективность их использования при выемке и погрузке скальных пород в средства транспорта.
В диссертации защищаются следующие научные положения:
Повышение эффективности разработки крутопадающих месторождений достигается применением драглайнов на выемке и погрузке скальной горной массы за счет увеличения угла откоса рабочего борта карьера, уменьшения объема трудоемких вспомогательных работ и снижения затрат на транспортирование горной массы.
Учет влияния на производительность драглайнов не только кусковатости скальной горной массы и углов поворота, но и высоты забоя, вида и типа применяемого выемочно-погрузочного и транспортного оборудования, а также вероятностных характеристик их использования позволяет с помощью имитационного моделирования прогнозировать значения эксплуатационной производительности с точностью до 8$ при доверительной вероятности 0,95.
С увеличением высоты забоя драглайна от 10 м до максимально возможной продолжительность его рабочего цикла увеличивается, что снижает значение производительности до 10-15/.
В работе над диссертацией были использованы отдельные положения и рекомендации, содержащиеся в трудах ак. АН СССР Ржевского В.В., Мельникова Н.В., докт. техн. наук Домбровского Н.Г., Ганиц- кого В.И., Белякова Ю.И., Арсентьева А.И., Репина Н.Я., Новожилова М.Г., Мельникова Н.Н., Хохрякова B.C., Сатовского Б.И., Симки-на Б.А., Тоыакова П.И., канд. техн. наук Бевза Н.Д., Советова Г.А., Шекуна О.Г., Авдеева В.й., Гущина В.П., Ташкинова А.С, Лосицкого В.В., Дриженко А.Ю., Глушкова А.Н. и других.
Диссертационная работа выполнена на кафедре "Управление производственными процессами и эргономика" Криворожского ордена Трудового Красного Знамени горнорудного института под руководством проф., докт. техн. наук Астафьева Ю.П., которому за оказанную помощь и поддержку автор выражает глубокую признательность.
Огромную благодарность автор выражает также канд, техн. наук Максимчуку А.Г., Давидковичу А.С, Полищуку Г.К., Бевзу Н.Д. и Глушкову А.Н. за полезные замечания и советы в ходе работы над диссертацией.
Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях Криворожского горнорудного института (1979-1984 гг.), научно-техническом совещании "Пути совершенствования технологии открытых горных работ на карьерах" (г. Кафан - 1981 г.), на семинарах "идентификация и управление технологическими процессами и объектами в горнометаллургической промышленности" научного совета АН УССР по проблеме "Кибернетика", на технических совещаниях Михайловского ГОКа, проектных институтах "ГИПРОРУДА","Центрогипро-руда", "Кривбасспроект".
class1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДО
ВАНИЙ class1 8
Опыт применения драглайнов при разработке скальных пород
В отечественной горнодобывающей промышленности массовое внедрение экскаваторов-драглайнов для разработки скальных пород происходило в начале шестидесятых годов на угольных месторождениях комбинатов Дальвостокуголь, Тулауголь, Нузбасскарьеруголь, Кеме-ровоугодь и т.д. Так, на Черемховском месторождении с 1955 г. для перевалки скальных пород, представленных песчаниками крепостью / = 6...10, использовался экскаватор ЭШ-20/65. Высота уступа -14 м, система разработки - бестранспортная / 2 /. С первых же лет развития разреза "Красногорский" на удалении скальной вскрыши, представленной крепкими песчаниками, аргиллитами, алевролитами с коэффициентом крепости / я 4...8, по бестранспортной системе разработки применялись вначале драглайн ЭШ-4/40, а затем более мощные ЭШ-6/60 и ЭШ-Ю/60. В настоящее время там работают экскаваторы ЭШ-Ю/70 и ЭШ-15/90 (рис. I.I). Значительный опыт эксплуатации драглайнов ЭШ-Ю/70 и ЭШ-15/90 на скальных породах по бестранспортной системе накоплен на карьерах "Сиргала" и "Вивиконд". Крепость разрабатываемых пород f в 6...12, высота уступа - б м / 2 /. Широко известен опыт работы драглайнов ЭШ-Ю/70, ЭШ-15/90 на разрезах "Черногорский" (п/о Дальвостокуголь), "Междуреченский", "Томусинский" (п/о "Кемеровоуголь") и многих других. В настоящее время только на разрезах объединений Дальвостокуголь и Тула уголь использование драглайнов на вскрышных работах составляет около 9856.
Установление закономерностей формирования продолжительности рабочего цикла драглайнов
Известно / 2, 3, 29/, что производительность любого экскаватора устанавливается при учете формы и параметров забоя, характеристики разрабатываемых пород, влияния применяемого транспорта. Именно эти обстоятельства определяют условия эксплуатации драглайнов и оказывают влияние на продолжительность рабочего цикла. Учет влияния условий эксплуатации позволит более точно прогнозировать значения эксплуатационной производительности.
Величины, входящие в уравнение (2.1) являются случайными и независимыми, поэтому могут быть исследованы и описаны с помощью методов математической статистики самостоятельно.
Известно, что на продолжительность рабочего цикла драглайн оказывают влияние многие факторы, и это влияние с достаточной точностью можно описать корреляционными зависимостями.
Для установления этих зависимостей на угольных разрезах "Томусинский", "Красно горский", "Междуреченский", а также на карьере Михайловского ГОКа были проведены статистические наблюдения за рабочим циклом экскаваторов типа ЭШ-Ю/70 и ЭШ-15/90. С целью обеспечения наибольшего соответствия получаемой при наблюдениях информации реальным показателям процесса экскавации использовались киносъемки рабочего процесса, фотосъемки забоя и хронометраж рабочего цикла. С помощью киносъемки рабочего цикла фиксировалось положение ковша относительно поверхности забоя в основные моменты работы экскаватора: внедрение ковша в забой, наполнение ковша, отрыв ковша от поверхности забоя, разгрузка, начало нового цикла и т.д. Одновременно с киносъемкой производился хронометраж времени между снимаемыми на пленку моментами работы.
Перед началом операции черпания каждого наблюдаемого цикла осуществлялась предварительная фотосъемка той части забоя, где будет внедряться ковш, с целью установления методом фотопланиметрии диаметра среднего куска горной массы. Линейные параметры забоя и углы поворота для каждого цикла определялись с помощью маркшейдерской съемки.
Киносъемка процесса экскавации позволила установить для каждого цикла: глубину черпания относительно уровня стояния драглайна Нг- 9 длину черпания ковшом до его наполнения 1г и до отрыва от поверхности забоя.
При хронометраже рабочего цикла фиксировались: продолжительность черпания Ьг- , продолжительность поворота к месту разгрузки, время на разгрузку ковша, время поворота в забой.
Вся полученная в результате наблюдений информация помещена в таблице (приложение I, табл. I).
Для нашего случая провести сплошное обследование каждого из объектов бесконечно большой генеральной совокупности относительно интересующего нас признака не представляется возможным. Поэтому изучались отдельные выборки статистических данных о работе драглайнов. Принадлежность выборочной совокупности генеральной и ее представительность оценивались по критерию согласия Пирсона ( хг ) при уровне значимости 0,95 (приложение I, табл. 2).
Корреляционный анализ результатов наблюдений, приведенных в табл. I приложения I, позволил выделить факторы, влияющие на величину исследуемых переменных, получить ряд эмпирических зависимостей и сделать следующие выводы.
I. Продолжительность черпания tz- скальных пород драглайнами в і -м цикле зависит от кусковатости горной массы и глубины черпания относительно уровня стояния экскаватора.
Вероятностно-статистический анализ простоев драглайнов
Драглайн типа ЗШ-І0/70 применяются в карьере МГОКа для разработки рыхлых вскрышных пород в сочетании с автомобильным и железнодорожным транспортом. Опыт эксплуатации драглайнов показал, что при различных сочетаниях транспорта у экскаваторов возникают как общие, так и различные по причинам и продолжительности простои. Поэтому исследовались отдельно две группы драглайнов, работающих с автомобильным и железнодорожным транспортом. При исследовании и описании случайных событий очень важно получить достоверную исходную информацию. Поэтому вопросы организации сбора исходных данных по использованию экскаваторов и обработки их для анализа коэффициентов простоя имеют важное значение. При недостаточно объективном характере исходного статистического материала появляется опасность принятия неправильных выводов и решений. В связи с этим в методику сбора информации были положены следующие принципы:
1. Информация о работе объектов наблюдения должна быть непрерывной во времени.
2. Информация о происходящих событиях должна быть максимально полной и точной.
3. Сбор статистического материала производить не для одного, а для максимально возможного числа однотипных объектов наблюдения.
Для получения полной информации о работе драглайнов в условиях Михайловского ГОКа, а также угольных разрезов "Междуречен-ский" и "Томусинский", были использованы оперативные журналы учета работы экскаваторов в течение каждой смены, рабочие журналы механиков и энергетиков участков, журналы приема и сдачи сиены на экскаваторах, а также выборочный фото хронометраж рабочего дня наблюдаемых моделей драглайнов. Для обеспечения достаточного объема статистических данных работа драглайнов на вышеуказанных предприятиях изучалась в период с марта 1978 г. по март 1980 г. Данные обрабатывались и заносились в карты учета остановок и продолжительности простоя экскаваторов. В соответствующие графы карт заносились дата и время начала простоя, окончания и причина возникновения.
class4 АНАЛИЗ И ФОРМАЛИЗАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ
ЭКСКАВАЦИИ СКАЛЬНЫХ ПОРОД ДРАГЛАЙНАМИ class4
Исследование взаимосвязи параметров забоя и рабочего оборудования драглайнов при транспортной системе разработки
Одной из конструктивных особенностей драглайнов является возможность осуществлять черпание ниже и выше уровня стояния экскаватора. Высота верхнего и нижнего йодуступа зависит от параметров стрелы драглайна.
Опыт применения драглайнов показал, что наиболее эффективной, обеспечивающей максимальную производительность, является схема экскавации с расположением драглайна на кровле разрабатываемого забоя. При таком расположении драглайн производит черпание ниже уровня стояния ( рис. 4.1 ). Возможная высота забоя Нп определяется безопасностью ведения работ ( обеспечивается расстоянием С, от оси драглайна до верхней бровки отрабатываемого уступа), рабочими параметрами драглайна и углом развала взорванного
Обоснование и разработка методики определения рациональных параметров забоя драглайн
При определении рациональных параметров системы разработки необходимым условием является учет всех факторов, которые существенно влияют на результаты решения задачи. Изменение высоты забоя и ширины заходки экскаватора повлечет за собой ряд изменений в технико-экономических показателях основных технологических процессов / 48,49 /.
Для количества оценки этого влияния были исследованы показатели работы экскаваторного оборудования карьера МГОКа и угольных разрезов "Междуреченский", "Красногорский" и "Томусинский". В процессе исследований установлено следующее: I. Изменение параметров экскаваторного забоя влияет на удельные затраты на экскавацию скальных пород драглайном.
Объем экскавируемых пород определяется производительностью драглайна.
Расчеты эксплуатационных расходов осуществлялись по известной методике /29,51 /и приведены в приложении 3.
Согласно расчетам, полные эксплуатационные расходы для драглайнов ЭШ-10/70 и ЭШ-15/90 на скальных породах составляют соответственно 339,93 тыс. руб. и 613,3 тыс. руб.
Исследованиями ( главы 2,3 ) установлено влияние параметров забоя драглайна и кусковатости экскавируемой горной массы на величину годовой производительности Qg . Тогда и удельные затраты на экскавацию Сд также зависят от этих факторов. При определении значений Сд для каждого конкретного случая величину годовой производительности принимаем согласно табл. 3.9 или рассчитываем по методике, изложенной в главе 3.
