CC BY
167
© В.К. Стефанов, С.А. Игумнова, Д.В. Антоненков, 2011
В.К. Стефанов, С.А. Игумнова, Д.В. Антоненков
УДЕЛЬНЫЙ РАСХОД ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВА ТОРОВ РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА
Установлены зависимости удельного электропотребления от сменной производительности современных карьерных экскаваторов, работающих на угольном разрезе «Нерюнгринский» в условиях Крайнего Севера.
Ключевые слова: электропотребления, открытые горные работы, карьерный экскаватор, удельный расход, угольный разрез.
ТЪ свете устойчивой тенденции роста цен на энергоносители
X-# и в том числе на электроэнергию вопрос экономии энергоресурсов весьма актуален и важен для горнодобывающих предприятий.
На современных горнодобывающих комплексах установленная мощность электрооборудования достигает 20 МВт, что по мощности сравнимо с крупными промышленными предприятиями. В отличие от промышленных предприятий, электротехнический комплекс горного предприятия рассредоточен на большой территории.
Для анализа и планирования электропотребления, для правильной разработки методики нормирования расхода электроэнергии на горном предприятии, оценки точности расхода электроэнергии необходимо, прежде всего, установить энергоемкость каждой технологической операции и место, занимаемое этой операции в общем балансе электропотребления.
Однако не все энергетики горных предприятий уделяют должное внимание составлению достоверных фактических энергобалансов по отдельным процессам, установкам и участкам производства, поэтому не имеют ясного, объективного представления о нормируемых количественных и качественных показателях электропотребления. Во многих случаях причиной этого является отсутствие учета расхода электроэнергии по некоторым энергоемким агрегатам и технологическим операциям, а также отсутствие четкой структуры энергозатрат. В результате энергобалансы составляются на основе
некачественных данных приборного учета, содержат ошибки и «вольности» в распределении энергетических затрат. [1]
Определяющая роль энергетических балансов заключается в том, что на их основе устанавливается фактическое и требуемое соотношение в потреблении различных видов энергии, кроме этого, устанавливаются взаимосвязи энергетики с технологическими процессами, учитывающими связи между отдельными элементами топливно-энергетического хозяйства, а также, учет энергетических балансов помогает правильно определять планы его развития и реконструкции.
Разрез «Нерюнгринский», входящий на правах структурной единицы в состав ОАО ХК «Якутуголь», расположен в южной части Республики Саха (Якутия) на Нерюнгринском каменноугольном месторождении в районе г.Нерюнгри. Электроснабжение осуществляется от ПС 110/35/6 кВ № 40 по двум цепям воздушных ЛЭП-35 кВ № 28, № 30 общей протяжённостью 27,6 км. Распределение электроэнергии до потребителей разреза осуществляется "глубоким вводом" (приближение ПС 35/6 кВ к горным работам) бортовых подстанций 35/6 кВ. На угольном Разрезе «Нерюнгрин-ский» при отработке вскрышных пород принята транспортная система разработки с использованием экскаваторов-мехлопат большой единичной мощности (М301, РС8000, ЭКГ-20 и ЭКГ-15) и драглайнов с погрузкой в большегрузные автосамосвалы грузоподъемностью 120-218 тонн. [2] Для сравнения ниже на диаграмме показан средний процент расхода электроэнергии на технологические операции (см. рис. 1).
Наиболее энергоемкими операциями являются экскаваторные работы, такие как, вскрыша и добыча угля. [3] В среднем на данный вид работы приходиться 51 % всего электропотребления по разрезу. Низкий коэффициент использования механизмов и значительная продолжительность холостого хода экскаваторов - основная причина повышения расхода электроэнергии. Дренажный участок, расходующий 24% общего расхода электроэнергии по разрезу, является следующим по величине электропотребления. Расход электроэнергии по остальным технологическим операциям незначителен и колеблется в пределах 1-9%. Таким образом, из всего следует, что на угольном разрезе наиболее энергоемкими являются экскаваторные работы на вскрыше и добычи угля.
Рис. 1. Диаграмма распределения электропотребления на угольном разрезе «Нерюнгринский»
Энергетические показатели работы одноковшовых экскаваторов зависят от многих факторов: типа экскаваторов, объема ковша, категории пород по экскавации, длительности цикла, производительности, угла поворота, качества подготовки забоя, кускова-тости горной массы и т.д. [4]99999гии на экскаваторные работы предложен ряд аналитических зависимостей (Волотковский С. А., Белых Б. П., 1953 г.), в которых показатели электропотребления определяются в зависимости от ряда коэффициентов, характеризующих горно-геологические свойства грунта и степень загрузки приводов, продолжительности работы отдельных приводов и производительности экскаватора. Большинство коэффициентов в уравнении получается экспериментальным путем, подчас оценка, которых затруднительна.
Согласно результатам исследований по электропотреблению экскаваторов [5, 6] предварительно можно выделить три основных фактора, определяющих электропотребление экскаватора: производительность П, горно-геологические свойства грунта К и угол поворота на выгрузку а.
Из трех выделенных факторов наиболее просто учитывается производительность экскаватора за определенное время, которая определяется по числу погруженных автомашин. Наиболее трудно оценить количественно горно-геологические свойства грунта, ко-
торые оказывают влияние на длительность цикла экскавации и, следовательно, косвенно на расход электроэнергии. Однако оценить горно-геологические свойства грунта через длительность цикла экскавации не представляется возможным, так как последняя зависит не только от длительности процесса копания, но и от угла поворота на выгрузку.
На открытых горных разработках горно-геологические свойства грунта при экскаваторных работах учитывают путем классификации на категории грунта по экскавации. Эта классификация дается в зависимости от коэффициента использования ковша и включает пять категорий грунта. Учитывая, что данная классификация применяется повсеместно как характеристика горногеологических условий работы экскаватора, ее можно применить для оценки характера электропотребления экскаватора при работе в этих условиях.
Величину угла поворота экскаватора на выгрузку за каждый цикл можно определить непосредственно. При работе экскаватора в течение часа, смены или суток ее можно получить лишь как усредненную. Для выявления же степени влияния этого параметра на величину электропотребления необходимо иметь диапазон углов поворота [7].
Следует сказать также, приведенные в технической литературе данные по удельным расходам электроэнергии на экскаваторные работы касаются главным образом устаревших моделей экскаваторов, не выпускаемых в настоящее время промышленностью.
В [7] на основании анализа энергетических и горнотехнологических показателей работы экскаваторов было установлено, что расход электроэнергии и производительности находятся в реальной и тесной связи - является основной энергетической характеристикой экскаватора. Из основной энергетической характеристики можно просто получить и производную энергетическую характеристику А=ДП). Зависимость А=ДП) может быть получена как аналитически, так и по опытным данным. Так как энергетическая характеристика А=ДП) графически представляет собой гиперболу, т. е. нелинейную зависимость, а расчет нелинейной корреляционной связи более сложен, чем линейной, то ее легче получить аналитически.
Для нахождения рассматриваемых энергетических характеристик экскаваторов различных типов были получены много-
карьерных экскаваторов
Тип экскаватора Уравнения регрессии, кВт-ч/м3 Коэффициент детерминации (R2)
Marion 301M(40 м3) A = 79,462-П"0,544 0,77
Komatsu PC-8000(36 м3) A = 114,39-П"0,441 0,715
ЭКГ-20А(20 м3) A = 47,52-П"0,46 0,756
ЭКГ-15(15 м3) A = 80,33-П"0,52 0,73
ЭКГ-8И(8 м3) A = 57,03-П"0,56 0,713
численные экспериментальные данные о сменном потреблении электроэнергии и производительности на угольном разрезе. Смена как отрезок времени для экспериментальных замеров была выбрана потому, что, являясь наименьшим законченным технологическим циклом, она позволяет получить не только максимально возможное количество экспериментальных данных, но и наиболее полно учесть изменчивость условий, при которых они получены.
Определение электропотребления на экскаваторные работы производилось для всех видов работ, как для погрузки горной массы в автомобильный транспорт, так и для переэкскавации.
Следует отметить, что были получены не просто отчетные данные о фактических расходах электроэнергии и производительности экскаваторов, а данные специальных обследований, при которых в обязательном порядке соблюдалось исправное техническое состояние исследуемых машин и нормальное обеспечение их транспортом и условиями работы (хорошее разрыхление для крепких пород).
По экспериментальным данным были составлены корреляционные таблицы и рассчитаны параметры корреляции и уравнения зависимостей удельного расходов электроэнергии для большинства типов экскаваторов (таблица).
На рис. 2 показаны энергетические характеристики удельного электропотребления от сменной производительности карьерных экскаваторов Marion 301M(40 м3) и Komatsu PC-8000(36 м3).
Погрешность определения удельного расхода электроэнергии, определенная через величину средней квадратической ошибки между расходами, найденными экспериментально
Рис. 2. Графики зависимости удельного электропотребления от сменной производительности: а) карьерный экскаватор Marion 301M (40 м3); б) карьерный экскаватор Komatsu PC8000 (36 м3)
и по энергетическим харатеристикам, приведенным в табл. 1, составила 5-15%.
Вывод
В работе получены энергетические характеристики зависимости удельного электропотребления от сменной производительности, которые с допустимой точностью позволяют планировать и нормировать расход электроэнергии карьерных экскаваторов работающих на угольном разрезе «Нерюнгринский» в условиях Крайнего Севера.
------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Антоненков Д.В. О необходимости составления баланса электропотребления горных предприятий / Фёдоровские чтения-2010. XL Всероссийская научнопрактическая конференция (с международным участием) с элементами научной школы для молодежи (Москва, 16-19 ноября 2010 г.). М.: Издательский дом МЭИ, 2010. С. 67-69.
2.Антоненков Д.В., Дедюлькин Е.Г. Особенности электроснабжения каменноугольного разреза в условиях Южно-Якутского региона // Журнал «Электрика».- 2008 .- №7 - С.28-33.
3.Антоненков Д.В. Анализ зависимости параметров электро-потребления угольного разреза от технологических показателей // Сборник трудов по материалам X региональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов. - Нерюнгри, 2009 г. - С. 108-112.
4.Антоненков Д.В., Южанников АЮ. Анализ электропотребления электрогид-равлического экскаватора // МНПК «Современные направления теоретических и прикладных исследований - 2009», Т.5. Технические науки, - Одесса, март 2009 г. - С. 3538.
5.Белых Б.П., Свердель И.С., Олейников В.К. Электрические нагрузки и электропотребление на горнорудных предприятиях. - М.: Недра, 1971.
6.Волобринский С.Д., Сыроватко А.А., Липин В.М. Удельные расходы электроэнергии на экскаваторные работы - Горный журнал, 1964, №9, с. 23-25.
7.Олейников В.К. Анализ и планирование электропотребления на горных предприятиях. М., Недра, 1983. 192 с. 1Д?Ш
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------------
Стефанов Виктор Кириллович - главный энергетик, Филиал ОАО ХК «Якутуголь» разрез «Нерюнгринский», е-mail: viktor. stefanov@mechel .com Антоненков Дмитрий Васильевич - кандидат технических наук, доцент кафедры ЭПиАПП Технический институт (филиал) Северо-Восточного федерального университета, эам. главного энергетика, Филиал ОАО ХК «Якутуголь» разрез «Нерюнгринский», е-mail: antonenkovdv@mail.ru
Игумнова Светлана Анатольевна - ведущий инженер, Филиал ОАО ХК «Якутуголь» разрез «Нерюнгринский», E-mail: svetlana.igumnova@mechel. com
