CC BY
44
УДК 622.235
П.И. Опанасенко, А.Б. Исайченков
НОВЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛИЯНИЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОРОДЫ НА ПАРАМЕТРЫ ЭКСКАВАЦИИ
Разрез «Тугнуйский» Сибирской угольной энергетической компании при разработке вскрышных пород перешел на использование новых высокопроизводительных экскаваторов с большой вместимостью ковша (41,3 м3) и большегрузных автосамосвалов грузоподъемностью 220 т. Среднемесячная производительность экскаватора Bucyrus 495HD достигла 1,373 млн м3, при максимальном ее значении ~2,011 млн м3 в месяц. Для формирования методической основы минимизации затрат и оптимизации параметров современных экскаваторно-автомобильных комплексов требуется, прежде всего, выразить производительность современного высокопроизводительного экскаватора от величины средневзвешенного размера кусков взорванных пород. Представлен новый способ определения влияния гранулометрического состава породы на параметры экскавации, защищенный Патентом РФ. Приведены порядок выполнения исследований и пример определения зависимостей изменения веса породы в ковше, времени цикла экскаватора и его производительности от величины средневзвешенного размера кусков взорванных пород в условиях разреза «Тугнуйский». Ключевые слова: способ определения влияния гранулометрического состава взорванной породы на параметры экскавации.
Разрез «Тугнуйский» Сибирской угольной энергетической компании (СУЭК) при разработке вскрышных пород перешел на использование новых высокопроизводительных экскаваторов с большой вместимостью ковша (41,3 м3) и большегрузных автосамосвалов грузоподъемностью 220 т (рис. 1).
Применение современного оборудования требует пересмотра ранее установленных нормативов и зависимостей, составляющих методическую основу обоснования параметров экскава-торно-автомобильного комплекса. Несовершенство существующих способов оптимизации обусловлено использованием, как правило, эмпирических формул установленных для расчета производительности уже устаревшего оборудования, поэтому
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 1. С. 317-326. © 2017. П.И. Опанасенко, А.Б. Исайченков.
Рис. 1. Работа экскаватора BUCYRUS-495 HD на два подъезда при погрузке в БелАЗ-7530
замена или частичная корректировка этих зависимостей, включая методы и инструментарий определения параметров процессов, являются актуальной задачей.
Для оптимизации параметров экскаваторно-автомобильного комплекса требуется, прежде всего, выразить производительность современного высокопроизводительного экскаватора от величины средневзвешенного размера кусков взорванных пород [1, 2].
Техническая производительность экскаватора выражается
формулой: Q» = (3600 0)/Тц, т/ч; (1)
где G — вес породы в ковше, т; Тц — время цикла экскаватора в конкретных горно-технических условиях, с.
Что бы рассчитать производительность экскаватора по формуле (1), необходимо вес породы в ковше G и время цикла экскаватора Тц представить в виде функциональной зависимости от величины средневзвешенного размера кусков взорванных пород Дсв. Для этого на разрезе «Тугнуйский» в забое экскаватора Bucyrus 495HD, в соответствии с традиционным способом [3, 4], производилось фотографирование взорванного массива с помощью масштабирующей рамки (прямоугольной формы размером 3x4 м, каждая сторона которой через 10 см закрашена черной краской) и цифрового фотоаппарата. Распознавание и статистическая обработка для определения крупности кусков взорванных пород по фотографическому снимку осуществлялось с применением модуля Split Analyzer («Модуль определения гранулометрического состава взорванной горной массы») [5]. В результате обработки для каждой фотографии строилась кумулятивная кривая интегрального распределения с определением Д . с фиксацией соответствующей массы породы в ковше
(бортовая система диагностики экскаватора) и времени цикла (хронометраж).
В процессе экспериментальных исследований было выявлено, что гранулометрический состав при отгрузки 2—3 а/с так сильно изменялся в забое, что для уточнения гранулометрического состава, требовало постоянно устанавливать масштабирующую рамку. Это осложняло работу экскаватора и не способствовало безопасности экспериментальных исследований. Проведение экспериментальных исследований было приостановлено. Для их продолжения был разработан, а в последствии запатентован, специальный «Способ определения влияния гранулометрического состава породы на параметры экскавации» [6].
Способ осуществлялся следующим образом. Первоначально подготавливают фотопланограммы дробленых горных пород путем многократного фотографирования взорванных пород с расположением на поверхности забоя масштабирующий рамки прямоугольной формы. Период фотографирования выбирают из условий обеспечения безопасности исследований и исключения помех ведению горных работ. Многократность фотогра-
Рис. 2. Определение гранулометрического состава взорванных пород: а) исходная фотография; б) обработанная фотография; в) интегральное распределение г) относительное распределение (кумулятивная кривая); (гистограмма)
фирования взорванных пород забоя необходима для того, чтобы установить весь диапазон гранулометрического состава взорванных пород. С этой же целью фотографирование взорванных пород производится именно в забое экскаватора, а не на поверхности развала взорванной породы.
Для всех фотопланограмм с помощью «Модуля определения гранулометрического состава взорванной горной массы» строится: интегральное распределение (кумулятивная кривая), относительное распределение (гистограмма) кусков взорванной горной массы (рис. 2). В этом случае имеется возможность выбора критерия, характеризующего гранулометрический состав раздробленной породы, которым могут быть:
• средневзвешенный размера кусков взорванной горной массы - Дсв^
• содержание крупных фракций в продукте дробления;
• содержание мелких кусков от 0 мм до определенного размера (например, выход фракции 0-2 мм — остаток на сите 2 мм, R2, %);
• содержание определенной фракции (например, 300—500 мм, выраженное в %) и т.п.
Далее создаются эталонные фотопланограммы. Для этого весь диапазон изменения величины принятого критерия в конкретных горнотехнических условиях разделяют следующим образом: определяют минимальное, максимальное и среднее его значение. Фотопланограммы гранулометрического состава раздробленной породы, которые соответствуют этим значениям величины выбранного критерия, становятся эталонными. С целью получения более точного результата, целесообразно, добавить еще две эталонные фотопланограммы, для которых величина критерия гранулометрического состава раздробленной породы примерно соответствует среднеарифметическому значению минимального и среднего, а также максимального и среднего его значения.
Увеличение количества групп повышает точность результата, но как показал опыт, для четкого визуального разделения гранулометрического состава пород по выбранному критерию с помощью эталонных фотопланограмм, целесообразно выделять не более 5 групп.
На рис. 3 приведены эталонные фотопланограммы, где в качестве критерия гранулометрического состава взорванной породы принят средневзвешенный размер кусков — Дсв, величина которого 0,192 м; 0,350 м; 0,485 м; 0,700 м; 1,050 м.св
Эталонные фотопланограммы позволяют визуально, на основании сравнения с эталонной фотографией оперативно осу-
Рис. 3. Эталонные фотопланограммы раздробленной породы
ществлять определение величины выбранного критерия гранулометрического состава раздробленной породы в навале, в забое или в ковше экскаватора.
В качестве примера реализации «Способа определения влияния гранулометрического состава породы на параметры экска-
\
\
■ •
0, .92 0,: 50 0,' 185 0, 700 1,0 50
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Дев, м
Рис. 4. Изменение веса породы в ковше (Е = 41,3 м3) от средневзвешенного размера кусков взорванных пород
Изменения веса породы в ковше экскаватора от величины средневзвешенного размера кусков
№ п/п Группа гран-состава (эталон) Вес породы в ковше (хроном.), т № п/п Группа гран-состава (эталон) Вес породы в ковше (хроном.), т
1 1 99 34 3 75
2 1 88 35 3 72
3 1 91 36 3 73
4 1 89 37 3 65
5 1 87 38 3 76
6 1 88 39 3 70
среднее Д = 19,2 см 90,33 40 3 73
7 2 87 41 3 73
8 2 72 42 3 66
9 2 82 среднее Д = 48,5 см 71,22
10 2 84 43 4 62
11 2 80 44 4 67
12 2 81 45 4 64
13 2 76 46 4 61
14 2 76 47 4 64
15 2 83 48 4 64
16 2 81 49 4 61
17 2 85 50 4 64
18 2 78 51 4 66
19 2 81 52 4 65
20 2 83 53 4 64
21 2 83 54 4 64
22 2 80 55 4 69
23 2 79 56 4 69
18 2 78 57 4 67
24 2 77 58 4 64
20 2 87 59 4 65
среднее Дв = 35,0 см 80,65 среднее Дсв = 70,0 см 64,71
25 3 67 60 5 57
26 3 77 61 5 56
27 3 73 62 5 58
28 3 67 63 5 60
29 3 69 64 5 37
30 3 73 65 5 64
31 3 73 66 5 60
32 3 73 среднее Д = 105,0 см 56,00
33 3 67
вации» рассмотрим порядок его применения для построения зависимости изменения веса породы в ковше экскаватора Висугш 495HD (41,3 м3) на разрезе «Тугнуйский» (СУЭК) при разработке вскрышных пород. Для этого осуществляют хронометражные наблюдения, в процессе которых фиксируют соотношение исследуемого технологического параметра выемочно-погрузоч-ных работ и критерия гранулометрического состава раздробленной породы — величины Дсв, визуально сравнивая фактический грансостав в забое с эталонными фотопланограммами. В процессе исследований формируется таблица, в которую заносятся результаты хронометража (таблица, рис. 4).
Изменения веса породы в ковше экскаватора от величины средневзвешенного размера кусков.
При проведении хронометражных наблюдений исследуемый технологический параметр фиксировался в зависимости от выбранного критерия грансостава пород, величина которого соответствовал номеру группы по предложенной типизации.
Возможные ошибки визуального разделения компенсируются низкой трудоемкостью исследований и возможностью увеличить количество опытов (которые производятся из кабины машиниста экскаватора), а применение методов математической статистики позволяет получить достоверный результат и приемлемость полученных результатов.
В результате эксперимента была установлена эмпирическая зависимость, график которой показан на рис. 4:
с=5М7; т <2>
где G — вес породы в ковше, т; Дсв — средневзвешенный размер кусков взорванных пород, м.
Достоверность результатов эксперимента расчета по формуле (2) характеризуется значениями величин среднеквадратиче-ского отклонения а' = 2,40 и коэффициентом вариации К = = 3,31%.
Для расчета технической производительности экскаватора по формуле (1) время цикла также необходимо представить в функциональной зависимости от величины средневзвешенного размера кусков взорванной вскрышной породы. Были проведены хронометражные наблюдения (подобные описанным выше) в результате которых установлена эмпирическая зависимость изменения величины Тц от средневзвешенного размера кусков взорванных пород
Тц = ^ + 17,94 = 9хе0-7Дсв + 17,94; с. (3)
Ее достоверность характеризуется значениями величин сред-неквадратического отклонения а' = 7,06 и коэффициента вариации Квар = 23,38%, что характеризует приемлемую (Квар менее 33% — совокупность считается однородной) степень достоверности результатов расчета по установленной зависимости.
Теперь стало возможным определить годовую производительность экскаватора в зависимости от величины средневзвешенного размера кусков взорванной породы:
Оз. год = 0з4 Х Тсм ХПсм Х Пгод Х Киз Х Киг =
= 3600 Х в Х ТсМ ХПсМ Х Пгод Х Киз Х Киг , т/год. (4) Т
ч
где псм — число рабочих смен в сутки; пгод — число рабочих дней в году; Тсм — продолжительность смены, ч; Киэ — коэффициент использования экскаватора в течение смены; Киэг — коэффициент использования рабочего времени экскаватором в течение года, ч.
Рис. 5. Годовая производительность экскаватора (Е = 41,3 м3) от средневзвешенного размера кусков взорванной породы
Учитывая установленные ранее эмперические зависимости (2) и (3), годовая производительность экскаватора в горнотехнических условиях разреза «Тугнуйский» может быть выражена зависимостью:
56 65
3600 X J65 X Т хп X п , X К X К
0,287 ±смл-'1см Л ,1год _св_
год" 9 X е07+17,94
Оз.год =
7Т0,287 см см год из иг
Вш_,т/год (4)
График зависимости (4) представлен на рис. 5. При расчете приняты следующие значения исходных данных: Т = 12 ч; n = 2; n = 365; К = 0,74; К = 0,90 [7].
см ' год ' иэ ' ' иэг ' L J
Таким образом, предлагаемый способ определения влияния гранулометрического состава породы на параметры экскавации в значительной степени снижает трудоемкость исследований, исключает помехи ведению горных работ, обеспечивает оперативность получения результата, безопасность исследований и своевременность учета изменения свойств пород при планировании буровзрывной подготовки пород.
Он позволяет сформировать новую методическую основу оптимизации параметров современных экскаваторно-автомо-бильных комплексов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Опанасенко П. И., Исайченков А. Б. Оптимизация кусковатости взорванных полускальных вскрышных пород на разрезе «Тугнуйский» // Горный журнал. - 2015. - № 9. - С. 25-35.
2. Исайченков А. Б. Алгоритм минимизации затрат при применении экскаватора Bucyrus 495HD на разрезе «Тугнуйский» // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2014. - № 9. - С. 251-253.
3. Викторов С. Д., Казаков Н. Н., Шляпин А. В., Добрынин И. А. Определение грансостава по фотопланограммам с использованием компьютерной программы // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2007. - ОВ7 Взрывное дело. - С. 169-173.
4. Патент РФ № 2388998, МПК G01C11/00, B07C5/10 Способ определения грансостава раздробленной породы в карьерах, опубл. 10.05.2010.
5. Геоинформационная система K-MINE: Пособие пользователя. Графическое ядро. - Кривой Рог: Кривбассакадеминвест, 2012. - 372 с.
6. Исайченков А. Б., Федотенко В. С., Кононенко Е. А. Патент на изобретение РФ № 2570797. Способ определения влияния гранулометрического состава породы на параметры экскавации. Заявка № 2014138906, приоритет изобретения 25.09.14 г., зарегистрир. в Гос. реестре изобретений РФ 17.11.15 г. Опубл. 10.12.2015 г. Бюл. № 34.
7. Кононенко Е. А., Исайченков А. Б. Влияния кусковатости взорванных пород на производительность экскаватора Bucyrus 495HD // Маркшейдерия и недропользование. - 2014. - № 6. - С. 17-19. ^^
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Опанасенко Петр Иванович1 — кандидат технических наук, заместитель технического директора, Исайченков Александр Борисович1 — начальник отдела технического обеспечения и технологии открытых горных работ, e-mail: isaychenkovab@suek.ru,
1 ОАО Сибирская угольная энергетическая компания (СУЭК).
UDC 622.235
Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 1, pp. 317-326. P.I. Opanasenko, A.B. Isaychenkov NEW METHOD FOR THE DETERMINATION OF INFLUENCE OF GRAIN SIZE COMPOSITION OF ROCKS ON EXCAVATION PERFORMANCE
Open Cut «Tugnuisky «Siberian Coal Energy Company in the development of overburden moved to the use of new high-performance excavators with large bucket capacity (41,3 m3), and heavy-duty dump trucks with carrying capacity of 220 tons.
The average monthly performance of the excavator Bucyrus 495HD reached 1.373 million m3, with a maximum value of it ~2.011 million m3 per month.
To form the methodological basis of minimizing costs and optimizing the parameters of modern excavator- automobile complexes is required, first of all, to express the performance of modern high- excavator on the value of the average size of the pieces of blasted rock.
The article presents a new way to determine the effect of particle size distribution on the parameters of rock excavation, protected by patents of the Russian Federation. The order of performance studies and determine the dependence of the change in the weight of the rock bucket, the cycle time of the excavator and its performance on the size of the average size of the pieces of exploded rocks under the section «Tugnuisky.»
Key words: A new method of determine the effect of particle size distribution of blasted rock excavation on the parameters.
AUTHORS
Opanasenko P.I.1, Candidate of Technical Sciences, Deputy Technical Director, Isaychenkov A.B.1, Head of Department, e-mail: isaychenkovab@suek.ru, 1 Siberian Coal Energy Company, Moscow, Russia.
REFERENCES
1. Opanasenko P. I., Isaychenkov A. B. Gornyy zhurnal. 2015, no 9, pp. 25—35.
2. Isaychenkov A. B. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2014, no 9, pp. 251-253.
3. Viktorov S. D., Kazakov N. N., Shlyapin A. V., Dobrynin I. A. Gornyy informatsion-no-analiticheskiy byulleten'. 2007. Special edition 7. Vzryvnoe delo, pp. 169-173.
4. Patent RU2388998, MPK G01C11/00, B07C5/10, 10.05.2010.
5. Geoinformatsionnaya sistema K-MINE: Posobie pol'zovatelya. Graficheskoe yadro (Geoinformation system K-MINE: User Manual. The graphics core), Krivoy Rog, Kriv-bassakademinvest, 2012, 372 p.
6. Isaychenkov A. B., Fedotenko V. S., Kononenko E. A. Patent for the invention RU 2570797, 10.12.2015.
7. Kononenko E. A., Isaychenkov A. B. Marksheyderiya inedropol'zovanie. 2014, no 6, pp. 17-19.
