CC BY
46
2,5 и і 2 -І 1,51 -
® 0,50 -■
0 125 200 250 300
И, тт
250
200
150
100
50
0
125
200 250 375
А, тт
500
При постоянных: Н = 1000 мм; В = 1000 мм; I = 630 мм; И = 200 мм. В ходе экспериментальных опытов длина хода плунжера менялась в следующих пределах: 125; 200; 250; 375; 500, мм.
Увеличение длины хода плунжера ведет к уменьшению количества хода питателя (рис. 7) и повышению производительности выпуска самообрушающегося угля.
Исследованиями на модели установлено, что увеличение производительности и полноты выемки верхней толщи угля могут быть достигнуты за счет увеличения глубины места расположения плунжерного питателя в сторону завала, т.е. углеприемная часть рабочего органа должна располагаться под зоной потока угля. С увеличением высоты кромки плунжера, производительность и характер движения потока угля кардинально не меняется.
1. Клишин В.И., Власов В.Н., Кубанычбек уулу Б.
Механизированная крепь с принудительным выпуском угля из подкровельной толщи. Горный информационно -аналитический бюллетень, 2003. - № 11, - с. 166 - 170.
Рис. 7. Изменение количества хода плунжера в зависимости от длины хода плунжера
Установленная аналитическая зависимость, по интерполяционной формуле Лагранжа, наиболее точно отражает физический смысл явлений, происходящих в процессе выпуска и погрузки угля плунжерными питателями. Это позволяет получать точные и расширенные данные при обработке экспериментальных опытов и в конечном итоге находить оптимальные параметры питателя, наилучшим образом отвечающие условиям повышения их производительности.
Автор выражает благодарность руководителю работ, д.т.н. Клишину В.И. и к.т.н. Власову В.Н., за обсуждение материалов статьи и ценные замечания.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Кубанычбек уулу Б., Власов В.Н. Обоснование
технологии при принудительном выпуске угля механизированными крепями из межслоевой или подкровельной толщи. Международная научно - практическая конференция. Бишкек - 2003. - С. 263 - 272.
— Коротко об авторах -----------------------------
Кубанычбек уулу Бакыт - аспирант ИГД СО РАН, г. Новосибирск.
---------Ф
'V---------
----------------------------------------------------------------- © И.К. Егоров, 2004
УДК 622.23.05 И.К. Егоров
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЗАРУБЕЖНЫХ КОМБАЙНОВ НА РУДНИКАХ В ЗОНЕ МНОГОЛЕТНЕЙ МЕРЗЛОТЫ
Семинар № 17
1ГЛ афедрой горных машин ЯГУ в 1977-
XV 1984 гг. была успешно внедрена комбайновая технология проведения наклонных стволов и выработок в условиях многолетнемерзлых россыпей, получившая в 1983 г. бронзовую медаль ВДНХ СССР [1-3].
На карьерах и рудниках Крайнего Севера идейным вдохновителем и организатором новой комбайновой или безвзрывной (фрезерной, роторной) выемки кимберлитовых руд является АК «АЛРОСА».
В 1985-1990 гг. комбайны ГПКС, приобретенные Ботуобинской ГРЭ, успешно использовались в дорожном строительстве при проходке траншей и подземных коммуникаций в г. Мирном, затем - в строительстве дорог в г. Удачном. Но первоначально эти комбайны были предназначены для внедрения их в разведочные работы в Солуре и Накынском рудном поле.
Положительный опыт эксплуатации этих комбайнов способствовал апробации в 1993 г. дорожной фрезы Wirtgen Surfau Miner по породам с коэффициентом крепости f = 10 по шкале М.М. Протодьяконова. Правильно будет называть эту фрезу дорожным или горным комбайном с нижним шнеком резания для работы по горизонтальным площадкам карьеров. В 19951997 гг. на карьере «Удачный» были проведены испытания роторного экскаватора К-650 по руде с f = 3-5.
Результаты испытаний этих машин доказали возможность их эксплуатации в определенных условиях на открытой добыче кимберлитовых руд, но повсеместно широкого применения они не получили.
Исключение составили подземные горные работы, где будет непрерывно расширяться область применения комбайнов AM-75, АМ-85, АМ-105 и других на всех рудниках АК «АЛРОСА».
Применение комбайнов АМ-75, АМ-85 привело к повышению целостности добываемых кристаллов, сохранения их крупности и качества [4], снижению затрат ручного труда (бурение и уборка), повышению экологической чистоты производства [5], безопасности работ и экономической эффективности добычи кимберлитовых руд.
Успешному внедрению зарубежных комбайнов способствовали благоприятные горнотехнические условия. В частности, Накынское рудное поле имеет вертикальные трещины 1-3 см (до 2-5 трещин на 1 м керна кимберлитов), реже встречаются горизонтальные трещины
0,3-0,7 м в виде линз, заполненных карбонатной глиной, песком, щебнем. Коэффициент крепости { кимберлитовых руд достигает 6-8 по шкале М.М. Протодьяконова. Минералогическое строение кимберлитов тоже благоприятно, они представляют эруптивные брекчии ультраосновного состава, в которых кристаллы минералов и обломки пиропсодержащих пери-дотипов, оливинитов и пироп-ксинитов заключены в стекловатом базисе карбонатно-серпентинового состава. Твердость серпентина равна 1 по шкале Мооса.
В табл. 1 представлены краткие технические характеристики комбайнов. Комбайны АМ-85 и АМ-105 имеют телескопическую подачу стрелы, позволяющей зарубаться на 0,5(1 режущей коронки из одной позиции, не включая ходовую часть для маневровых операций. Переключение скорости вращения (резания) режущей коронки с 3,55 м/с на вторую медленную (1,18 м/с) позволяет эффективно отбивать кимберлитовые руды высокой крепости С { до 10 по шкале М.М. Протодьяконова. Производительность комбайнов АМ-75 и АМ-85 зависит от скорости продольного перемещения режущей коронки исполнительного органа снизу вверх или наоборот.
Таблица 1
Техническая характеристика
Марка комбайна
Показатели АМ-75-Б для проходческих работ АМ-75-Р для очистных работ АМ-85-БЕ
Масса (ок.), т 50 54 75
Общая длина, мм 10300 12400 13800/12000
Высота комбайна, мм 1685/1850 1930/2600 1960
Ширина комбайна, мм 2900 3000 3300/2950
Ширина погрузочного полка, мм 2800-5620 5700 4150-6200
Давление на почву, Н/см2 13 14 14
Общая установленная мощность, кВт 287/342 342 418
Двигатель режущего органа, кВт 160/200 200 230/100
Двигатель погрузочно-транспортного устройства, кВт 2x36 2x36 2x36
Двигатель гидропривода, кВт 55/70 70 36
Скорость конвейера, м/с 1,1 1,8 0,8
Скорость хода, м/мин 4,2-8,8 4,2-8,8 3,0
Проходимые уклоны и подъемы (максимум), ° ±18 ±18 ±18
Скорость резания (вращение коронки), м/с 3,0/3,55 3,4/4,0 3,55/1,18
Электрооборудование По требованию клиента
Рассмотрим схемы разрушения забоя (рис. 1 и 2) комбайнами избирательного действия типа АМ для очистных и проходческих работ. Режущая коронка исполнительного органа на очистных работах совершает проходы снизу вверх или сверху вниз по высоте забоя очистной выработки, в вертикальной плоскости поперечное перемещение в горизонтальной плоскости не рекомендуется.
На режущей коронке проходческих комбайнов для очистных работ могут отсутствовать резцы для поперечного разрушения забоя. Режущая коронка похожа на шнек очистного комбайна. Поэтому после каждого прохода забоя ее необходимо отодвигать от забоя с помощью ходовой
Рис. 1. Схемы разрушения забоя: а - снизу вверх; б -сверху вниз; в - комбинированная
части комбайна или телескопического устройства при неподвижной ходовой части. Для отработки забоя рекомендуется схема 1, имеющая самые низкие энергозатраты на разрушение забоя. Цифрами 1, 2, 3 показан порядок отработки забоя.
На режущей коронке проходческих комбайнов для проходческих работ имеются резцы для поперечного разрушения забоя, но отсутствует забурник, как у комбайнов типа ГПКС, поэтому скорость поперечной подачи у них низкая. Это является как бы дополнительной операцией с поперечным разрушением забоя для установки режущей коронки в положении
1, 2, 3 разрушения забоя проходами снизу вверх или наоборот.
Разница между проходческими комбайнами для очистных и проходческих работ состоит в том, что у комбайна для проходческих работ нет холостого пробега режущей коронки при
В
а
г~ \ “1 1 ! 1 а м
I Ж I I -^1 ЗГ
б
Л. 1 и н 1 —1 1 {
БВЫП>
Рис. 2. Схемы разрушения забоя при непрерывной работе режущей коронки: а - работа снизу вверх; б - работа сверху вниз; в - зачистка плинтусов - оставшихся выступов целиков; г - забуривание режущей коронки
принятой схеме отработки забоя, а для очистных - есть. Последние имеют более эффективную техническую и эксплуатационную производительность за счет высокой скорости холостого пробега и установки режущей коронки в положение 1, 2, 3. Это преимущество хорошо реализуется на крепких кимберлитовых рудах с { = 8-10 на очистных работах.
Согласно методу [6, 7], чистое время отбойки 1 м3 в целике определяется в многолетнемерзлых грунтах по двум видам разрушения забоя:
- забуривание на длину конусообразной режущей коронки для однородных забоев;
- разрушение забоя продольными и поперечными проходами конусообразной режущей коронкой в неоднородных и смешанных забоях.
Хронометражными наблюдениями для конусообразной коронки определено эталонное время отбойки 1 м3. Автором установлена четкая зависимость между категориями многолетнемерзлых пород по буримости и категориями пород по трудности разработки комбайнами со стреловидным исполнительным органом избирательного действия, к ним относятся комбайны типа АМ-75, АМ-85, АМ-105. Исходя из при-
А - А
знака М.М. Протодьяконова, допустимо считать, что существует аналогичная зависимость между производительностью комбайна и коэффициентом крепости горных пород, находящихся в зоне распространения многолетней мерзлоты. По этому методу в первую очередь необходимо определить объемы работ и схемы разрушения забоя комбайнами типа АМ с поперечно-вращающейся режущей коронкой исполнительного органа.
Выемка (ниша), образованная в результате забуривания цилиндрообразной режущей коронки на 0,5(1 коронки, позволяет определить категорию пород рудных тел по трудности разработки комбайнами [8] и для кимберлитовых месторождений. С помощью бортового перфоратора или электросверла можно также определить в натурных условиях категорию буримости кимберлитов.
Определяем объемы работ Q в кубических метрах отбиваемой руды за один цикл и на 1 м проходки очистной выработки. Объемы работ для зарубежных комбайнов типа АМ-75, АМ-85 предлагается определять по следующей формуле:
QцIжл = К! 1,0 [Вц0 Ивыр (т + п)], где К1 = 0,1-0,5 - коэффициент заглубления цилиндрообразной режущей коронки; (1ц0 = 1,05 м
- диаметр цилиндрообразной режущей коронки одинаков для комбайнов АМ-75, АМ-85; Вц0 - ширина исполнительного органа цилин-
дрообразной режущей коронки для комбайна АМ-75 - 1682 мм, для АМ-85 - 1850 мм; Нвыр = 3 м - высота выработки, принятая в примере; m - количество полных проходов 1-3 за 1 цикл работы комбайна; n - количество неполных проходов 0,1—0,9 зависит от ширины Вц0. Если n больше 3, рекомендуем работать как угольному комбайну на очистных работах
Q,„.„ = 0,51,05[1,682-3-2] = 5,292 м3/ц.
Определяем объем работ Q на 1 м длины очистной выработки QyxoS = 11,05[1,682-3-2] = 10,584 м3/м.
Хронометражная техническая производительность комбайнов в метрах кубических или тоннах за 1 мин работы:
QxP .тех Qyx0fl/tyx0fl,
Охр.тех = 10,584/10,6 = 1,0 м3/мин,
где - хрономегражное время отбойки 1 м3
Определяем минутную техническую производительность:
Qnt[/vby = Qnt[|60(1|Ru + tgilth)
где Кг = 0,9-0,95 - коэффициент готовности данных комбайнов за счет надежной конструкции, простоты обслуживания, быстроты демонтажа, замены узлов и деталей, высокой надежности гидравлики типа «Lond Sensing». Система автоматического контроля диагностирует поломки и показывает отказавшие узлы: tp
- время работы комбайна за 1 цикл по разрушению забоя (для проходческих комбайнов для очистных работ - 50-55 мин, для проходческих работ - 40-50 мин); tnK - время простоев комбай-
Таблица 2
Техническая характеристика
на по техническим причинам, зависящее от конструкции комбайна. Автоматические устройства слежения за работой комбайна, диагностики, технического обслуживания, замены быстросъемных деталей и резцов для проходческих комбайнов для очистных работ срабатывают 5-10 мин, для проходческих - 10-20 мин.
Для повышения производительности комбайнов в более крепких породах (f = б и более) рекомендуем бункерную (рис. 4) и контейнерную (рис. 5) доставку рудной массы от комбайнов к рудоспуску, что сократит количество ПДМ типа TORO, обслуживающих комбайны. При работе комбайна на бункер сокращается количество ПДМ, обслуживающих комбайн.
Исходя из проектной мощности рудника, хронометражных наблюдений определена часовая производительность зарубежного комбайна - б0 мЗ/ч при f = 5 по шкале М.М. Про-тодьяконова:
Qtcx.mhh = б0/б0(1,052 + 0,2) = 0,98 мЗ/мин = =1 мЗ/мин.
Тогда эту минутную производительность [9] обеспечит скорость подачи
Vy = 1,0/б0 0,25 1,б82 = 0,05 м/с, где 0,25 м - средняя глубина заглубления режущей коронки, колеблющая от 0,1-0,5 м.
Данная скорость подачи исполнительного органа на забой соответствует прочности пород 50 МПа и вполне удовлетворяет жестким требованиям камерно-целиковой системы разработки с твердеющей [10] закладкой, при б0 МПа составит 50 мЗ/ч.
В настоящее время для обеспечения непрерывности работы комбайна необходимо как минимум держать две погрузодоставочные машины (ПДМ) под погрузкой у комбайна. По мере увеличения длины доставки возникает необходимость содержать три ПДМ. Эти ПДМ увеличивают загазованность выработки и опасность горных работ. На рис. З показана схема работы комбайна с тремя ПДМ при максимальной длине доставки (LMax), равной половине длине диаметра трубки.
В табл. 2 приведена краткая характеристика комбайна AM-105.
Показатели
Масса, т 105
Общая длина, мм 12100
Высота, мм 2З00
Ширина, мм З240
Давление на почву, Н/см2 ІЗ
Общая установленная мощность, кВт 478
двигателя режущей коронки З00
двигателя погрузочно-транспортного устройства 55
двигателя гидропривода 70
Скорость конвейера, м/с 0.8
Регулируемая скорость хода, м/мин 0-З,5
Проходимые уклоны и подъемы, град ±18
Скорость резания (вращения коронки), м/с 2,9-З,З
Электрооборудование (PH, РП, РВ), В 1000(1140)
Рис. 3. Схема работы комбайна с тремя ПДМ: 1 - типа AM-105; 2 - типа TORO; 3 - рудоспуск. Максимальная высота выработки 5,9 м по технической характеристике комбайна AM-105
вш
-/Z777777?777777777777777777jy777777777777777777777777777777777777777777777/, Рис. 4. Схема доставки руды ПДМ из бункера: 1) комбайн; 2) бункер 3) ПДМ типа TORO; 4) рудоспуск
Рис. 5. Доставка руды в контейнерах при применении одной ПДМ без ковша с приспособлением для перевозки и
разгрузки контейнеров: 1 - комбайн; 2 - ПДМ; 3 - рудоспуск; 4 - контейнер; 5 - брус под контейнер
Для повышения производительности комбайнов в более крепких породах (f = б и более) рекомендуем бункерную и контейнерную доставку рудной массы от комбайнов к рудоспуску, что сократит количество ПДМ типа TORO, обслуживающих комбайны. При этом контейнерная доставка составляет основу технологии будущей разработки кимберлитовых месторождений.
1. Тарасов Н.И., Егоров И.К. О возможности внедрения проходческих комбайнов на россыпных и алмазных месторождениях // Матер. IV Всесоюз. науч.-техн. совещания «Основные направления повышения научнотехнического уровня производства при разработке многолетнемерзлых россыпей». - Магадан, 1978.
2. Тарасов Н.И., Егоров И.К. Результаты внедрения комбайновой технологии проведения наклонных стволов в условиях многолетнемерзлых россыпей // Матер. Всесоюз. школы передового опыта по применению проходческих комбайнов ГПКС при разработке многолетнемерзлых россыпей. - Кулар, 1982.
3. Егоров И.К. О возможности внедрения проходческих комбайнов при проведении геологоразведочных выработок на алмазных россыпях // Тез. докл. Всесоюз. конф. по ускорению науч.-техн. прогресса золото- и алмазодобывающей промышленности до 2000 г. - Иркутск, 1985.
4. Егоров И.К. Механизм разрушения кимберлитов комбайнами и сохранение кристаллов // Тез. докл. науч.-практ. конф. «Наукоемкие технологии добычи и разработки полезных ископаемых». - Новосибирск: ИГД СО РАН, 2001.
На рис. 4 показана схема доставки руды в контейнерах при применении одной ПДМ без ковша с навесным оборудованием для перевозки и разгрузки контейнеров. Данная схема обеспечит производительность комбайна, снизит загазованность, повысит безопасность горных работ.
----------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
5. Егоров И.К. Экологическая чистота производства
при внедрении горнопроходческих комбайнов в условиях многолетнемерзлых россыпей // Тез. докл. науч.-практ. конф. «Минеральное сырье и природа». -
Новосибирск: СНИИГиМС, 1988.
6. Егоров И.К. Разрушение многолетнемерзлых пород горнопроходческими комбайнами // Цветная металлургия. - 1985. - №1.
7. Егоров И.К. Обоснование и эффективность новой техники и технологии для подземной разработки многолетнемерзлых россыпей // Колыма. - 1988. - №3.
8. Метод определения производительности горнопроходческих комбайнов в условиях многолетнемерзлых россыпей: Инф. лист №56-88. - Якутск: ЦНТИ, 1988.
9. Гетопанов В.Н., Гудилин Н.С., Чугреев Л.И. Горные и транспортные машины и комплексы - М.: Недра, 1991.
10. Актуальные проблемы разработки кимберлитовых месторождений: современное состояние и перспективы решения: Сб. докл. Междунар. науч.-практ. конф. «Мир-ный-2001». - М.: Изд. дом «Руда и металлы», 2002. - 400 с.
— Коротко об авторах -------------------------------------------------
Егоров Илья Кириллович - кандидат технических наук, доцент кафедры горных машин, ЯГУ.
---------------------------------------------------------------------- НОВИНКИ
ИЗДАТЕЛЬСТВА МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА
Каркашадзе Г.Г. Механическое разрушение горных пород: Учебное пособие. — 222 с.: ил. КВМ 5-7418-0301-6. (в пер.)
Рассмотрены особенности деформирования и разрушения горных пород. Приведены критерии прочности. Изложены основы механики рассеянных повреждений, линейной механики разрушения и механизма роста трещин. Описаны основные эффекты процессов разрушения. Даны решения прикладных задач разрушения горных пород с применением критериев прочности, описания лабораторных работ по определению прочностных свойств пород.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Физические процессы горного или нефтегазового производства» направления подготовки дипломированных специалистов «Горное дело». Может быть полезно аспирантам и преподавателям горных вузов и факультетов.
-------------------------------------------------- © Ю.В. Старовойтов, 2004
