CC BY
22
13. Ситников Н.Б. Влияние износа породоразрушающего инструмента на оптимальные значения режимных параметров при алмазном бурении скважин // Изв.вузов. Горный журнал. - 1990. - № 9. - С.67-70.
14. Ситников Н.Б., Саламатов М.А. Оптимизация показателей процесса бурения самозатачивающим породоразрушающим инструментом // Изв.вузов. Горный журнал. - 1997. - № 9 -
; С.73-77.
15. Ситников Н.Б., Трапезников В.Т. Износ алмазных коронок // Изв.вузов. Горный журнал. -1987. - № 7. - С. 52-54
16. Ситников Н.Б., Трапезников В.Т. Определение базовых значений режимных параметров при бурении скважин // Изв.вузов. Горный журнал. - 1984. - № 8. - С. 109-111.
17. Фоминых В.Г., Шолохов Л.Г. Об изменении коэффициента сопротивления движению алмазной коронки по породе // Труды СГИ. Вып. 104. - Свердловск. - 1974. - С.35-40.
18. Царицын В.В. Алмазное бурение. - М.: Недра, 1975. - 105 с.
19. Чихоткин В.Ф. Исследование техники и технологии бурения геологоразведочных скважин и разработка нового поколения алмазного породоразрушающего инструмента. - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 1977. - 240 с.
УДК 622.271.5
Х.Б.Юнусов
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ДРАЖНОЙ РАЗРАБОТКЕ РОССЫПНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Современные драги представляют собой мощные высокомеханизированные горные машины, объединяющие в едином технологическом потоке добычное, обогатительное и отвальное оборудование, оснащенное мощными электроприводами, что обусловливает высокую энергоемкость и насыщенность драг электрооборудованием. В зависимости от запасов месторождения и глубины россыпи применяют драги с черпаками различной емкости (80, 150, 210, 250, 380 и 600 л) и различной глубиной черпания от 6 до 50 м. По способу передвижения (маневрирования) в разрезе бывают канатные и канатно-свайные драги. На отечественных приисках наибольшее применение нашли свайные драги.
Управление процессом драгирования включает следующие операции: регулирование скорости черпания и бокового перемещения драги по забою при разработке пород различного состава и крепости; опускание черпаковой рамы на заданную величину при ведении слоевой выемки пород; периодические изменения направления бокового перемещения драги по забою с
учетом возможных остановок в углах забоя для их зачистки; уход (зашагивание) драги на новый забой; управление обогатительным процессом; последовательность пуска и остановки агрегатов технологического потока.
Основные параметры технологического процесса драг можно классифицировать следующим образом (рис. I).
I 1.1' .ПК I ри Iсхмо.ии к.и о процесс л .«р.» и
Фюико-механические (•ийсии порол
К'л(| ори« крепости
Гранулометрический состав породы
I (мкуяометрм-чкдяй «оста* матиогр
ишшхкмта
Степень ироммиис-гости
Параметры мГнж 11фамс)ры движения а пергикаш-иой плоскости
1 1
Неличина ши1а|и1мниа Скорость .и и жен и а чернажовой исли
Ширима ибо« Толщина стружки
Мощность россыпи 1пубина чгрнамия
"Эксплуатационные потери песком Угол наклона •аерпакоиой рамы
__I._
I 1*|МИС1РМ лкмжения в
• > |рн |ПМП.И-МОИ ПМСШ1Н
С корост». По-ковано пере-чешеимя
У юл рииприи лр-" н
Ширннй стружки
Гади>-с черпания
I
Содержание
ПОЯСММи »мапопеша
т«Х1 ские потери
■»о.кпюго
компонента
Консистенция П^ШШ
Рлсход коды на чмюи»
У с О!) поклона ЛарыСилною трохота
Ирой
ГМЫПСП па соси высоко! о лав; >е нив
Напор насоса высокого давления
Копн-кхтво •отбытого метал яа
Котффиинсмт наполнении •аернаков Нсномоса- | 1СЯЫ1ЫС раАиш (постоянные)
Проитвопи- 1СЛ».ИОСТЬ драги 11оЛ<"010КИ- ■сльмо-iaK.no4Hie.iu-ные ра(кн и
Раскол >лек-|ро>иер«ии Работы, сватанные с характером ме-сторожления
Насхол материков Текущий ремонт оборудования
С1 спет. Н Ч КЧС1 и к Meiai.ui Сполоск и др\ 1 НС роботы
Чистое врем» роботы драги
I [ернодиче-екне мспомо-■ л ельник- р* бо|Ы
Ъшаи ивиние л рва и
I (срсноска канатом
Переноска силового Knfic.1l
Рис. 1. Классификация параметров технологического процесса при драгировании
Физико-механические свойства пород и полная мощность россыпи представляют собой группу входных нерегулируемых параметров. Остальные технологические параметры относятся к группе регулируемых параметров. Временные параметры характеризуют использование фонда времени работы драг и обусловлены организационно-техническим уровнем вспомогательных работ.
При добыче полезных ископаемых дражным способом существенной статьей эксплуатационных расходов является энергопотребление. По характеру потребления электроэнергии механизмы драги подразделяются на три группы.
К первой группе относятся механизмы, у которых расход электроэнергии зависит от часовой производительности драги: добычные механизмы (черпаковая цепь, маневровая лебедка), технологические механизмы (барабанный грохот, отсадочные машины) и отвалообразующис механизмы (стакер).
Вторую группу составляют, главным образом, насосные установки, подающие воду к технологическим механизмам. Расход электроэнергии по этим механизмам не зависит от производительности драги и определяется лишь длительностью их работы.
К третьей группе относятся вспомогательные механизмы и осветительные установки с постоянным расходом электроэнергии.
Наиболее энергоемкими механизмами на драгах являются насосные установки, расход электроэнергии по которым составляет 45 - 50 % от общего расхода. На черпание и подъем грунта из забоя затрачивается 20 - 25 % от общего расхода электроэнергии. На грохочение и дезинтеграцию расходуется 10 - 15 %. Маневровые лебедки потребляют 2 - 4 % от общего расхода электроэнергии, отвалообразующие механизмы - 2 - 4 %. На вспомогательные нужды и освещение драги расходуется 3 - 5 % от общего расхода электроэнергии.
На основе большого объема экспериментальных исследований дражных механизмов и драг, работающих в различных горно-геологических и технологических условиях, обработки экспериментальных данных методами математической статистики и теоретического анализа получены зависимости, характеризующие энергетику дражного способа разработки россыпных месторождений [1]. Выявленные взаимосвязи между энергопотреблением и горно-геологическими и техническими параметрами драги являются основой для прогнозирования электропотребления и планирования расходов электроэнергии.
Удельный расход электрической энергии в полной мере может рассматриваться как численная характеристика сопротивления фунтов драгированию (отделение грунта от массива, черпание, подъем, промывка, транспортировка и отвал). Поэтому накопленный и обработанный фактический материал по энергопотреблению может быть использован также для обобщенной характеристики исследованных дражных полигонов.
Расход электроэнергии главным приводом драги на черпание и подъем грунта из забоя определяется по формуле
(1)
где агл- технологический удельный расход электроэнергии на черпание и подъем грунта; (2 -производительность драги по горной массе.
Аналогично определяется расход электроэнергии приводом носовых лебедок (Ал), барабанного грохота (Аб..у) и механизма стакера (Ас):
(2)
Лб.гр=а6гр-д\ (3)
Л: = (4)
где а.ъ а6 .р, ас - удельные расходы электроэнергии при маневрировании драги, дезинтеграции и грохочении, транспортировании по стакеру соответственно; ()с - производительность стакера.
Расход электроэнергии для насосных установок определяется длительностью их работы
п
где Он1 - производительность насосной установки; Т, - продолжительность работы насосной установки; аш - удельный расход электроэнергии; п- количество насосных установок.
Общедражный расход электроэнергии определяется как сумма технологических расходов
Энергосбережение на драге может быть достигнуто за счет применения наиболее рациональных режимов эксплуатации электроприводов механизмов, сокращения их простоев и холостого хода.
Для снижения расхода электроэнергии на драгах возможны следующие мероприятия.
1. Увеличение производительности механизмов и драги в целом. С увеличением производительности механизма возрастает полезная мощность, отдаваемая двигателем, увеличивается КПД двигателя к снижается удельный расход электроэнергии.
2. Увеличение коэффициента загрузки приводов драги. Характерной особенностью дражных механизмов является наличие жесткой технологической связи, поэтому загрузка головных механизмов технологической цепи определяет и загрузку остальных механизмов драги. При нерегулируемом приводе черпаковой цепи коэффициент загрузки главного привода изменяется в широких пределах: от 0,5-0,6 для легких грунтов и до 1-1,2 - для тяжелых. I Соответственно изменяются коэффициенты загрузки приводов маневровой лебедки, бутары и других механизмов
3. Контроль работы насосных установок. На драгах применяются нерегулируемые приводы насосов. При отработке забоя производительность добьгчного комплекса может изменяться в широких пределах, а количество подаваемой воды при этом не зависит от объема горной массы, поступающей на обогатительный комплекс, что приводит :< значительному перерасходу электроэнергии.
4. Контроль состояния механизмов. Уменьшение потерь на преодоление сопротивлений холостого хода механизмов драги приводит к снижению удельного расхода электроэнергии.
5. Применение регулируемых приводов черпаковой цепи и механизма бокового перемещения. Установлено, что оптимальный в энергетическом отношении процесс черпания обеспечивается при определенном соотношении ширины и толщины стружки (21. Такой режим можно осуществить при оптимальном поддержании скоростей черпания и бокового перемещения в процессе отработки слоя и опускания черпаковой цепи в углу забоя на заданную толщину стружки. Поддержание такого режима работы механизмов добычного комплекса драги позволит до 15 % снизить удельный расход электроэнергии на черпание.
(6)
В условиях прииска наиболее полно эти задачи можно решить с помощью ароматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ) производственными процессами [3].
АСДУ прииска предназначена для организации оперативного руководства работой технологических комплексов прииска в течение смены и ликвидации возникающих аварийных ситуаций и нарушений режима работы этих объектов. Основной целью создания АСДУ является обеспечение технологических процессов на объектах прииска эффективным управлением, ■□правленным на достижение высоких технико-экономических показателей работы, т.е. создание комплекса организационных и технических решений на базе современных средств, обеспечивающих эффективную переработку песков. Дзя достижения поставленной цели необходимо выполнение системой информационных и управляющих функций (рис.2).
Текущие оперативные планы, распоряжения, приказы
Сменные и суточные задания, ресурсы, транспорт. рекомендации по управлению технологическими процессами
Руководство прииска Организация работ
Последовательность и сроки
Объемы работ
Автоматизированная система диспетчерского управления производственными процессами
Контрольная информация и данные о выполнении оперативных планов
Координация деятельности служб, цехов, транспорта
Учет и контроль трудовых, материальных и энергоресурсов
Определение рациональных режимов ведения технологиче ских процессов
Системы управления технологическими процессами
Драги Гидравлики Экскаваторы
Информация о состояния технологических параметров
Рис.2. Структура информационных и управляющих функций АСДУ производственными процессами при разработке россыпных месторождений
Для информационного обеспечения АСДУ требуется оперативная технологическая модель разработки дражного забоя.
Известные соотношения для технологических агрегатов позволяют построить математическу ю модель драги при отработке забоя. Для построения модели к уравнениям статики отдельных агрегатов необходимо добавить уравнения связей в виде уравнений материального баланса поступающей в барабанный грохот горной массы и получаемых продуктов грохочения, баланса поступающей на стакер из барабанного грохота породы, баланса добычи металла, баланса общедражного расхода электроэнергии и уравнения эксплуатационных потерь песков [3].
Математическая модель драги при отработке забоя может быть представлена следующей системой уравнений: б с тр
0 =
\т-УбНраТВ
л 2 п
V ар 60 Уб р-И
Л
соб—
Р( 1--77Х5'пЛ
Отр = 251,2-
1,5-К• яп -2
ЫТ\Р. =-1-=-;
(1 + 182Д)со5аб
К =
йт-л-соб —
+
с-р
г» А
¿2 * а" -соз—
_2 .
Я • 81П2 — ' 2
бг = £с <»э £?; Ос=М Ял ул> <2 = (2тр+0т'> <2тР=0с'> ]
М = <2 » Сср- А^ = АП0СТ + алроч>(}; ¿V = В),
(7)
где У6 - скорость бокового перемещения; Ир - полная мощность россыпи; а - величина зашагивания; Т- продолжительность чистого времени работы драги в сутки; В - ширина забоя на среднем горизонте россыпи; Н - мощность россыпи, срабатываемая черпаками; /?с - радиус
черпания драги на среднем горизонте россыпи; у - рабочий угол маневрирования драги; /, -продолжительность зашагивания драги на новый забой; г2- простои драги в углах забоя при
переходе к выемке нижележащего слоя;/? - величина послойного опускания черпаковой рамы; Е-геометрическая емкость черпака; р - коэффициент разрыхления пород; т - количество черпаков,
проходящих через верхний черпаковый барабан в минуту; г\н - коэффициент наполнения черпаков
породой; 0тр- транспортная производительность барабанного грохота; п - скорость вращения
грохота; Л - внутренний радиус барабана;Л- центральный угол, соответствующий сегменту загрузки барабана; яБ - угол наклона оси барабана к горизонтальной плоскости;аср- средний размер (условный диаметр) составляющих горную массу частиц; /?г- динамический угол естественного откоса материала, измеряемый в плоскости вращения барабана; К - параметр, учитывающий условия выполнения технологического процесса; ре - статический угол естественного откоса горной массы; гпв - количество насадок отверстий, распределяющих воду по поверхности горной массы; площадь водяной струи на выходе из насадки; Ив - средний
напор выходящих из насадок струй воды; ув- удельный вес технологической воды; уя-
объемный вес материала; - длина сеющей поверхности барабанного грохота; И0 - высота движущегося слоя горной массы;о- угловая скорость вращения грохота; g - ускорение свободного падения; С - сила сцепления связанного материала, приходящаяся на единицу площади, по которой происходит перемещение слоя; - средний размер частиц, ограничивающих определенную фракцию исходного материала;(ох- содержание определенной фракции в исходном материале; 0Т - технологическая производительность барабанного грохота; Ес - эффективность грохочения; соз - содержание минусовых классов в исходном материале; производительность стакера; цл - погонная нагрузка на ленту; Ул - скорость движения ленты; М - количество добытого металла; ц- намывочный коэффициент; Сср - среднее содержание; А^ - постоянная часть расхода электроэнергии; аар.^р - удельный расход электроэнергии по операциям, для которых расход электроэнергии зависит от производительности; - относительная величина эксплуатационных потерь песков.
Из уравнений модели следует, что производительность драги по добыче горной массы зависит от параметров забоя (Я, а. В), продолжительности чистого времени работы драги (7), категории грунта (р), параметров движения добычного комплекса {У& И, ш) и конструктивных размеров драги (ЕЯС). Технологическая производительность барабанного грохота зависит от регулируемых параметров грохота (пуабУНв), физико-механических свойств горных пород
(Р,сссруутус0у)у конструктивных размеров грохота и степени его заполнения (Л).
Работа шлюзов зависит от режимов работы добычного комплекса, барабанного грохота и фнзико-
механических свойств пород. Параметры движения в вертикальной и горизонтальной плоскостях: относятся к входным регулируемым параметрам добычного комплекса.
Непрерывно изменяющиеся во времени и зависящие от физико-механических свойств! горных пород технологические параметры драги (скорость движения черпаковой цепи, скорость] бокового перемещения, величина послойного опускания черпаковой рамы, расход воды на шлюзах) регулируются с помощью локальных автоматических систем. К циклично изменяемым параметрам относятся параметры дражного забоя (ширина, глубина, зашагивание).
На многих 250-литровых драгах производства ИЗТМ работают системы комплексной механизации и автоматизации «Драга-1» или модернизированные системы «Драга- 1М» разработки НПО «Сибцветмставтоматика», предназначенные для автоматизации контроля и управления основными агрегатами драги. Каждая такая система включает в себя систему управления электроприводами добычного агрегата; локальные системы автоматизации! технологических процессов; устройства контроля, управления и сигнализации; рабочее место! оператора-драгера.
При автоматизации технологических процессов на драге локальными системами применяют следующие критерии оптимизации (3]: максимум производительности добычного! комплекса при минимуме энергозатрат; максимум эффективности грохочения песков в барабанном грохоте; минимум потерь металла на шлюзах; минимум эксплуатационных потерь при выемке песков. При этом локальные системы управления должны базироваться на ЭВМ, оснащенных комплексом алгоритмов и программ, позволяющих оптимизировать процессы по к приведенным выше критериям.
При диспетчерском управлении производственными процессами на прииске применение; ЭВМ позволяет прогнозировать изменения состояния объектов управления и тем самым (предвидя ! заранее многие назревающие ситуации) существенно повысить эффективность управления. С этой целью в ЭВМ закладывается динамическая модель управляемого объекта.
Предложенную математическую модель можно принять за основу для построения объемной оперативной технологической модели разработки забоя драгой. Для управления процессом драгирования необходимо эту модель дополнить информацией о реальных процессах с помощью средств технологического контроля.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Багаутннов Г.А. Некоторые вопросы повышения эффективности работы драг в условиях приисков Урала: Дисс.... канд. техн. наук. - Свердловск. 1963. - 215 с.
2. Багаутннов Г.Г. Стабилизация производительности процесса черпания и программное управление дражной разработкой россыпей на базе микроЭВМ: Дисс. ... канд. техн. наук. - Свсрдчовск.
1988.-220 с.
3. Юнусов Х.Б. Исследование и разработка автоматизированной системы диспетчерского управления производственными процессами при разработке россыпных месторождений: Дисс. ... канд. *тсн наук. - Екатеринбург, 2000. - 166 с.
УДК 621.65:681.3-5:621.396:338.32
А.П. Маругин, М.Е Садовников
СИСТЕМА ДИСПЕТЧЕРСКОГО КОНТЮЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ НАСОСАМИ АРТЕЗИАНСКИХ СКВАЖИН
Известно, что двигатели для насосных установок и сами насосы выбираются исходя из необходимости обеспечить максимальную производительность, а следовательно, исходя из их номинальных параметров (см.таблицу) [2,3].
КПД асинхронных двигателей и насосов при номинальной загрузке
Мощность асинхронного двигателя, кВт КПД
1-10(1 0.7-0.9
>100 0.92-0.96
Вил насоса КПД
Центробежные большой мощности 0,75-0.92
Центробежные малой и средней мощности 0,6-0,75
Осевые 0,7-0,9
Однако из-за неравномерности водопотребления насосы значительную часть времени работают с пониженной нагрузкой. Это приводит к тому, что падает КПД как самого насоса, так и приводного электродвигателя (рис.1). Причина этого - увеличение доли потерь в общем объеме расходуемой электроэнергии на процесс перекачки воды.
Предприятие, эксплуатирующее насосные установки, может влиять на формирование своего графика нагрузки, отключая и включая отдельные насосы с целью:
- снижения оплачиваемой активной и реактивной мощности предприятия в часы максимума нагрузки энергосистемы (при оплате по двухставочному тарифу);
