CC BY
18
--© И.И. Айнбиндср, И.Ф. Жариков,
А.И. Шсндсров, 2013
УДК 622.271
И.И. Айнбиндер, И.Ф. Жариков, А.И. Шендеров
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ КОМБИНИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ ПРИ РАЗРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Рассмотрены вопросы снижения энергозатрат при комбинированной системе разработки угольных месторождений с использованием инновационного длиностре-лового отвалообразователя для отработки уступов вскрышных пород повышенной крепости. Показана возможность существенного повышения эффективности добычи энергетического сырья за счет снижения объемов транспортировки крепких вскрышных пород без применения ресурсоёмких технологических схем с автомобильным или железнодорожным транспортом.
Ключевые слова: система разработки, энергоэффективность, уступ, вскрышные породы, драглайн, отвалообразователь, конвейер, дробилка, производительность, автомобильный транспорт.
Разработанные технологические схемы комбинированной (бестранспортной и транспортно-отвальной) системы отработки надугольной зоны открытым способом, приведенные в работах [1,2], показали, что снижение энергоёмкости комбинированной системы достигается за счет вовлечения в сферу, наиболее эффективных бестранспортной и транспортно-отвальной систем, дополнительного уступа вскрышных работ, который при существующих традиционных технологических схемах отрабатывается по транспортной системе с использованием автомобильного или железнодорожного транспорта.
При комбинированной системе, принципиальная технологическая схема которой приведена на рис. 1, нижний уступ отрабатывается по традиционным схемам с использованием драглайна. Лимитирующим фактором, определяющим высоту отрабатываемого уступа, являются ограничения линейных параметров драглайнов и устойчивость отрабатываемых горных пород в забое и в отвале.
Транспортно-отвальная система реализуется на верхнем вскрышном уступе. Возможность непосредственной, по кратчайшему пути, передачи вскрышных пород с этого уступа во внутренние отвалы обеспечивается отвалообра-зователем, вылет отвальной консоли которого в 2,0—2,2 раза превышает радиус отсыпки драглайнов.
В предлагаемых технологических схемах возможность их реализации при отработке горных пород повышенной крепости обеспечивается предварительной буровзрывной подготовкой горного массива, с использованием карьерных одноковшовых экскаваторов и новой разновидностью отвалообразователей, оснащённых приёмным накопительным бункером и дробильной установкой.
Для технико-экономической оценки комбинированной системы отработки надугольной зоны с использованием длиностреловых отвалообразователей в
Рис. 1 Принципиальная технологическая схема комбинированной системы «экскаватор - отвало-образователь»
качестве основного сравнительного показателя примем энергоёмкость процесса экскавации и транспортирования горной массы.
Применительно к рассматриваемой комбинированной системе горных работ оценка её энергетических показателей производится на основе следующих методических предпосылок, учитывающих специфику этой системы, главным образом при транспортировании горной массы. Схема приёмно-дро-бильного устройства отва-лообразователя и его ленточных конвейеров приведена на рис. 2.
Рассмотрим отдельные составляющие этой схемы. Силовые параметры отвального конвейера определяются методом последовательного обхода схемы конвейера по ходу движения ленты. В качестве начальной точки расчёта принимается усилие в ленте, образуемое натяжным устройством. В качестве исходных данных при расчёте принимаются: расчётная весовая производительность — QG, т/ч; ширина ленты — Вл; резино-тросовая лента с весом 1м'
2
— тп
Рис. 2 Схема приемно-дробильного устройства и ленточных конвейеров отвалообразователя
— /р; коэффициент увеличения натяжения в ленте ликоопорами рабочей ветви — 1рр; тоже холостой
кг/м ; масса вращающихся частей ролико-опор рабочей ветви — врр; тоже холостой ветви — врх; коэффициент сопротивления движению ленты — кб; расстояние между ро-ветви — 1рх; высота подъёма
материала — Нк; скорость движения ленты — Ул; длина конвейера — Ьк. Рас.. й 0С • 1000 . й й чётные данные: вес горной массы дгр = ^С™ г, , кг/п.м; вес конвейерной
3600 • V
ленты дл = тл Вл, кг/п.м; веса вращающихся частей роликоопор рабочей и хо-
С С х
лостой ветвей д = —— ; д = —— , кг/п.м; сопротивление движению лент
1рр I ' Чрх I
рр рх
рабочей ветви от погонных нагрузок Шпог = (дгр + дл + дрр) Ьк {р, кг; усилие необходимое для подъёма материала на высоту Wпод = дгр Нк, кг; усилие в
2
д • Vл
ленте необходимое для разгона материала в месте загрузки Wраз = ——— , кг
5
суммарное сопротивление движению ленты на рабочей ветви Wp = Wпог + Wпод + Wpаз, кг; тоже на холостой ветви Wх = (дл + дрх) Ьк {о, кг.
Изменение усилия натяжения ленты по ходу её движения начинаем с точки её натяжения натяжным устройством в} = Бнат и далее по ходу ленты:
Б2 = Бз = йнат • кб ; 54 = 55 = • кб = Бнат ■ 4 ; Б6 = 55 • кб = Бнат ■к3 ; Б7 = Б6 + W= Б • к3 + W ; Б8 = Б7 • кб = Б • к4 + W• к,;
/ 6 р нат б р ' 8 / б нат б р б '
Б, = Б8 + W = Б • к4 + W • кб + W ;
9 8 х нат б р б х '
Я = Бц = Б, • кб = Б • к5 + W • к? + W • кб;
10 11 9 б нат б р б х б '
^ = Б1 = БЦ - Р0 = Бнат • к5 + Wp • К,2 + Wх • К, - Р0,
где Ро - усилие на приводном барабане. Из условия равенства Б12 и 8нат имеем Ро = Бнат • (к5 - 1) + Wp • к2 + Wх • к,
Из условия обеспечения тяговой способности приводного барабана
Б = Бб = Р ; Р= Б • (еца- 1)
нат сб е^а 1 ' о нат V /
Приравнивая значения Ро, получим:
Р = Wp • к2 + Wх • к, ; 5 = Ро
о Л к5 -1 ' нат еца -1 1--
-1
Р • V
Потребная мощность привода конвейера N =—о—— , где г/пр = 0,9.
дв 102 • Ппр
По аналогии с отвальным конвейером, для передаточного конвейера будем Р Wp + Wх „ Ро N Ро • V
иметь: Ро =—^-- ; = ^0^ ; Nдв =■
1 - к, -1 ' нат еца -1 ' дв 102 •Ппр' еца -1
Удельная энергоёмкость транспортирования горной массы конвейерами от-
N N 3
валообразователя составит: А =——, кВт.ч/т или А =——, кВт.ч/м .
1 уд.к уд.к Qv
Энергоёмкость процесса транспортирования горной массы пластинчатым питателем и зубчато-шнековой дробилкой можно принимать по данным проведённых ИГЛ им. А. А. Скочинского инструментальных испытаний аналогичных узлов на комплексе ЦПТ разреза «Талдинский». Величины удельных энергоёмкостей, отнесенные к 1м3 горной массы в разрыхлённом состоянии, составили: 0,06 кВт.ч/м3 для пластинчатого питателя и 0,33 кВт.ч/м3 для дробилки. Горная масса была представлена алевролитами и песчаниками прочностью на сжатие 600-1500 кг/см2 и объёмным весом 2,4-2,8 т/м3. Принимая в среднем Кр = 1,3 и объёмный вес в рыхлом состоянии угр = 2,0 т/м3 удельная расчётная энергоёмкость работы этих узлов составит:
— питателя — 0,03 кВт.ч/т
— дробилки — 0,16 кВт.ч/т
0,08 кВт.ч/м3 0,43 кВт.ч/м3
Согласно данным [17] энергоёмкость процесса непосредственно экскавации (включающая в себя БВР горного массива, процесса экскавации, перемещение гружёного ковша к месту разгрузки и порожнего ковша обратно в забой) применительно к горным породам повышенной крепости составляет в среднем величину порядка 0,8 кВт.ч/м3.
Изложенный методический подход может быть конкретизирован применительно к различным горнотехническим условиям. Оценку этой методики проведём применительно к следующим исходным данным: — высота нижнего вскрышного уступа Н" = 30 м
— высота верхнего вскрышного уступа Нву = 20 м
и:
— отношение а = —— = 0,67 И"
У
На нижнем вскрышном уступе предусматривается использование драглайна ЭШ 30/100 с ковшом вместимостью 30 м3 и длиной стрелы 100 м. Отрабатываются породы III категории по трудности экскавации.
Согласно таблице значений расчётных коэффициентов, приведенной в [2], примем:
tB • к" • к"
: = _и—э-^ = 0,53
t" • кв • кв
Показатели Нижний Верхний уступ — ЭКГ
уступ -драглайн автотранспорт отвалооб-разователь
Коэффициент экскавации, кэ 0,67 0,7 0,7
Расчётное время цикла, 1:ц, сек 57 30 30
Коэффициент использования экскаватора по его технической производительности, кип 0,35 0,21 0,33
Обобщённый сравнительный показатель потребной вместительности ковша, «в» 0,84 0,53
Потребная вместимость ковша карьерного экскаватора верхнего уступа: 1) Ев = 30 • 0,67 • 0,53 = 11 м3
Расчётная производительность отвалообразователя
0/-/-чгч -1 о
Qoт = 12 = 1440 и 1500 м3/ч (рыхлая масса)
Исходные данные для расчёта конвейеров: <3С = 1500 • 2 = 3000 т/ч;
Вл = 1,2 м (по условиям транспортирования дробилкой горной массы с размером кусков до 300-350 мм);
Тип ленты - тканевая тл = 20 кг/м2;
Масса вращающихся частей роликоопор рабочей ветви врр = 48 кг; Масса вращающихся частей роликоопор нижней ветви врх = 51 кг; Расстояние между роликоопорами рабочей 1рр = 1,2 м и холостой ветви соответственно 1рх = 3,0 м. Скорость движения ленты
— отвального конвейера — 5 м/с;
— передаточного конвейера — 4,2 м/с.
Результаты расчётов параметров отвального и передаточного конвейеров приведены в табл. 1.
Таблица 1
Параметры конвейеров отвалообразователя
Параметры
Отвальный конвейер
Приёмно-перела-точный конвейер
Длина конвейера, Ц, м Высота подъёма горной массы, Нк, м Расчётная производительность, т/ч Погонный вес горной массы, qrр, кг/п.м Погонный вес ленты, qл, кг/п.м Погонный вес вращающихся частей, кг/п.м
— роликоопор рабочей ветви qрр
— роликоопор холостой ветви qрх Сопротивление движению ленты рабочей ветви, кг:
— от погонной нагрузки, Шпог
— от подъёма горной массы, Шпод
— от разгона горной массы, Шраз
— суммарное, Шр
Сопротивление движению ленты холостой ветви, Шх
Окружное усилие на приводном барабане, Ро, кг
Расчётная мощность привода, Ндв, кВт Удельная энергоёмкость транспортирования горной массы, Ауд, кВт.ч/м3
210 20
167
3000
24
40 17
50 13
200
1455 3340 417 5212 258
7090
390 0,26
396 2600 320 3316 62
4380
190 0,13
С учётом приведённых данных суммарная энергоёмкость транспортирования горной массы отвалообразователя составит
Ауд.а = 0,06 + 0,33 + 0,13 + 0,26 = 0,78 кВт.ч/м3
Для сравнительной оценки энергоёмкости транспортирования горной массы в отвал при новой технологии с использованием длинострелового отвалообра-зователя и традиционной технологии с использованием автомобильного транспорта проведём соответствующие расчёты применительно к традиционной технологии. Согласно проведенным оценкам потребная вместимость ковша экскаватора верхнего уступа составит: 20
Е = 30 • —• 0,84 = 16,8 м3 (17 м3). в 30 '
Применительно к такой вместимости ковша рекомендуемая грузоподъёмность автосамосвала должна составлять 110-120 т. Принимаем автосамосвал БелАЗ-7519 грузоподъёмностью 110 т. Исходя из технологической схемы горных работ и принятого драглайна с вместимостью ковша 30 м3 рекомендуемая длина фронта работ составляет 2,5-3,5 км. Принимаем Ьф = 3,0 км. При этом средняя протяжённость трассы движения автосамосвала составит Ьа = 3,5 км. Разность высотных отметок погрузки и выгрузки горной массы составит На = 20 м. Согласно предложенным рекомендациям в качестве расчётного элемента системы автомобильного транспорта принимается один рейс автосамосвала из забоя на разгрузку и обратно. Применительно к этому. расход энергии на один рейс составит:
Адв = 278 д 10-6 [(яф + яа) (шо Ц + На) + яа Ьа Шо] кВт.ч
Здесь: дгр и д, — вес соответственно груза и автосамосвала, т; Ьа, — расстояние транспортирования км; На, — разность отметок исходного и конечного пунктов транспортирования, м; д = 9,81 м/с2; шо, Н/кН — удельное основное сопротивление движению автосамосвала.
Применительно к рассматриваемым горнотехническим условиям, расчётное значение этого показателя составляет:
шо = 57 Н/кН
Для принятого автосамосвала БелАЗ-7519 дгр = 110 т да = 85 т дгр + да = 195 т Вместимость кузова Vа = 56 м3 Для рассматриваемых условий
АДв = 278 • 9,81 • 10-6 • [195 • (57 • 3,5 + 20) + 85 • 3,5 • 57] Адв = 162 кВт.ч
Удельные полезные затраты энергии на один кубометр транспортируемой горной массы (в разрыхлённом состоянии) составит:
Ашдв = =162 = 2,90 кВт.ч/м3
уд.дв V 56
Приведённые данные учитывают только полезную, выполняемую автосамосвалом, работу.
Фактически эта энергия обеспечивается сжиганием (расходом) топлива на силовой установке автосамосвала. Это топливо обладает определённым энергетическим потенциалом, который помимо полезной работы теряется в виде потерь при работе силовой установки автосамосвала. Эти потери количественно могут быть оценены через расход дизельного топлива.
Согласно справочно-литературным данным, применительно к автосамосвалу БелАЗ-7519 линейная норма расхода топлива на 100 км пройденного пути составляет
N„3 = 465 литр/100 км
Нормируемый расход топлива для расчётных условий работы автосамосвала (суммарного пути, проходимого автосамосвалом) составит:
Снр = N„3 • • (1 + Д),
100
где Д = 0,15 - поправочный коэффициент; уТ = 0,85 кг/литр - удельный вес дизельного топлива.
Имея в виду, что низшая рабочая теплота сгорания дизельного топлива составляет Qp = 10180 ккал/кг и что 1 ккап = 11,6 • 10-4 кВт .ч расчётная общая энергоёмкость одного рейса автосамосвала составит:
Аобщ = 0,118 • Ыла • Ьсум, где Цум = 2Ьа
Для рассматриваемых нами условий:
Аобщ = 0,118 • 465 • 2 • 3,5 = 384 кВт.ч
и удельная энергоёмкость на один куб. м
384 3
А б = —= 6,85 кВт.ч/м3
уд.общ 56 '
Сопоставляя полученные величины с аналогичными показателями полезной выполняемой работы можно видеть, что общий коэффициент полезного действия системы автотранспорта составляет:
2 90
КПД = ^- = 0,4.
6,85
Сравнительная оценка традиционной и новой системы горных работ показывает, что применение длинострелового отвалообразователя взамен автомобильного транспорта снижает энергоёмкость транспортирования горной массы во внутренние отвалы в 6,85/0,78 = 8,8 раза.
Если учитывать весь процесс горного производства по двум уступам (включая экскавацию) удельные энергоёмкости составят:
— при традиционной системе Ауд = 0,8 + 0,8 + 6,8 = 8,4 кВт.ч/м3;
— при новой системе Ауд = 0,8 + 0,8 + 0,78 = 2,4 кВт.ч/м3
Разница в 8,4/2,4 = 3,5 раза.
Таким образом, проведённые разработки, подкреплённые соответствующими расчётами и анализом, показали, что предлагаемые новые технологические и конструктивно-компоновочные решения решают поставленную цель обеспечения возможности применения комбинированной (бестранспортной и транспортно-отвальной) системы для отработки надугольной зоны, сложенной горными породами повышенной крепости. Эти решения позволяют в 1,5-1,7 раза увеличивать высоту уступов надугольной зоны, обрабатываемых без применения ресурсоёмких технологических схем с автомобильным и железнодорожным транспортом.
Поставленная цель достигается путём создания новой разновидности длино-стреловых отвалообразователей, оснащённых дробильно-перегрузочным устройством и применение технологических схем, в которых совместно сочетается цикличный характер работы одноковшовых экскаваторов и поточный характер транспортирования горной массы длиностреловых отвалообразователей.
С позиций энергосбережения при производстве вскрышных пород предлагаемые решения обеспечивают снижение энергоёмкости горного производства в 3-4 раза.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Жариков И.Ф, Шендеров А.И. Бестранспортные и комбинированные системы разработки - Научные сообщения ННЦ ГП-ИГД им. A.A. Скочинского, вып. № 335/2009. — С. 188—193
2. Айнбиндер И.И, Жариков И.Ф, Шендеров A.M. Инновационные возможности комбинированной системы разработки месторождений открытым способом // ГИАБ, препринт, № 2, 2013. — С. 12. 53S
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Айнбиндер Игорь Израилевич - доктор технических наук, зав. отделом, Жариков Игорь Федорович - доктор технических наук, вед. научный сотрудник, Институт проблем комплексного освоения недр РАН, info@ipkonran.ru, Шендеров Авраам Исаакович - кандидат технических наук, зав. лабораторией, ИГД им. A.A. Скочинского.
ГОРНАЯ КНИГА
Маркетинг в горной промышленности
В.А. Бурчаков 2013 г. 272 с.
ISBN: 978-5-98672-339-6 UDK: 622.013:65.012.2
Приведены базовые положения современного маркетинга и методы его использования на современных предприятиях горной промышленности. Рассмотрены теоретические и методологические вопросы по организации маркетинговых исследований, проведению сегментации рынка, позиционированию производимой продукции, ценообразованию и т.д. Изложен круг проблем, определяющих маркетинг горно-добывающих предприятий, методы его реализации на рынке горной промышленности, конкурентоспособность горных предприятий, дан анализ тенденций и перспектив развития мирового рынка угля и углеэкспорта.
