CC BY
20
Vestnik of Tuvan State University
Issue 3. Technical sciences, physical and mathematical sciences, №3 (50), 2019 УДК 622.24
doi 10.24411/2077-6896-2019-10008
РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ СИСТЕМЫ ПОДАЧИ КАРЬЕРНОГО БУРОВОГО СТАНКА С ДИАМЕТРОМ БУРЕНИЯ 270 ММ
Куулар О.О.
Тувинский государственный университет, г. Кызыл
DEVELOPMENT OF THE CONSTRUCTION OF A PIT DRILLING MACHINE WITH A DRILLING DIAMETER OF 270 MM
Kuular O.O. Tuvan State University, Kyzyl
В данной статье для разработки конструкции системы подачи карьерного бурового станка с диаметром бурения 270 мм, при проектировании полиспастных систем подачи современных буровых станков с несколькими ветвями решены следующие основные технические задачи: - Обеспечение гарантированного натяжения канатов в сбегающей и набегающей части ветвей; - Выравнивание усилий в канатах сбегающей и набегающей части ветвей; - Минимизация числа механизмов натяжения. В экономической части выполнен расчёт технико-экономических показателей эксплуатации бурового оборудования. Нами установлено, что эксплуатация бурового станка с предложенной конструкцией системы подачи при плановом объеме добычных работ в 2 млн т позволит снизить себестоимость добычи более чем на 2% и увеличить производительность труда с 155 до 162 тысяч т на человека в год и получить прибыль в размере более 2-х млн руб.
Ключевые слова: буровой станок; буровзрывные работы; лебедка; скважина
The article presents solutions for development of a supply system of the career drilling rig with a diameter of drilling of 270 mm. The main technical tasks, such as the provision of cable tension in the catline and hoist line, alignment of strength in the catline and hoistline, and minimizing the number of tension mechanisms in the construction of a 270mm-diameter quarry drilling machine supply system, while designing the polyspast supply systems for modern drilling rigs, were solved. In terms of economics, the technical and economic indicators of drilling equipment operation were calculated. It was found out, that the operation of a drilling rig with the proposed design of the supply system with planned 2 million tons production, would reduce the cost price by more than 2 per cent and increase labor productivity from 155 to 162 thousand tons per person per year, what would make a profit of more than 2 million rubles. Keywords: drilling rig, blast hole drilling, winch, well.
Одним из основных производственных процессов в общей технологии добычи руды являются буровзрывные работы [1].
При ведении буровзрывных работ достаточное распространение на открытых горных работах получили карьерные буровые станки [2].
В настоящее время производство станков шарошечного бурения в России сосредоточено в основном на Бузулукском заводе тяжелого машиностроения, на Воронежском заводе «рудгормаш», на ижорском заводе в Петербурге [4]. В конце 90-х годов прошлого века в «ОМЗ Уралмаш-Ижора» спроектирован карьерный буровой станок тяжелого класса - СБШ-270 ИЗ (Рис.1) для работы в тяжелых условиях рудных карьеров. Он отличается от своего прототипа бурового станка СБШ-250МНА-32 [5] (производства «Рудгормаш») мачтой открытого типа, более мощным компрессором, кабельным барабаном и более тяжелым ходом. Выполненные ранее исследования и опытно-конструкторские разработки ведущими отечественными и зарубежными производителями бурового оборудования свидетельствуют, что резервы по увеличению технической производительности (скорости бурения) уже практически исчерпаны. Следовательно, увеличение проходки взрывных скважин может быть достигнуто только за счет сокращения длительности вспомогательных операций.
Система подачи бурового станка предназначена для создания усилия в режиме «бурение» и для подъёма бурового става в байпасном режиме или в режиме «быстрый подъём»[6]. При проектировании полиспастных систем подачи современных
буровых станков с несколькими ветвями следует решить следующие основные технические задачи:
- Обеспечение гарантированного натяжения канатов в сбегающей и набегающей части ветвей;
- Выравнивание усилий в канатах сбегающей и набегающей части ветвей;
- Минимизация числа механизмов натяжения.
Система подачи базовой конструкции включает (Рис 2):
Система работает [7] следующим образом, в режиме «бурение» усилие создаётся лебедками и передаётся на блоки опорного узла - 4 через канат, который несколько раз огибает приводные барабаны - 8 лебедки подачи - 9. Тяговое усилие в канатах системы создаётся за счёт их трения о барабаны
- 8. В режиме «бурение» натяжение сбегающей ветви канатов создаётся весом каретки
- 5. А при подъёме бурового става в байпас-ном режиме или в режиме «быстрый подъём» двумя механизмами натяжения - 10.
Привод полиспастной системы подачи бурового станка [3] состоит из 2х лебедок подачи. Каждая лебедка состоит из элект-родвигателя-1 и редуктора-2, соединенных между собой упругой муфтой-3, одна полумуфта которой является шкивом электрогидравлического тормоза, осуществляющего стопорение лебедки. Такое конструктивное исполнение полиспастной системы подачи бурового станка СБШ-270ИЗ не позволяет обеспечить в названных режимах скорость маневровых операций в 28 м/мин, соответствующую современным зарубежным аналогам. Для устранения этого недостатка, а так же для выравнивания усилий в канатах
Рис.1. - Станок вращательного бурения шарошечным долотом СБШ-270
сбегающей и набегающей частях ветвей и минимизации числа механизмов натяжения нами предлагается вместо системы подачи с двумя независимыми ветвями сделать систему подачи с одной ветвью каната. Для этого оснастить её обводным блоком -12
ось которого закреплена на опорном узле-4 с открытой стороны мачты станка [8].
Такое конструктивное исполнение системы подачи позволит гарантировано обеспечить натяжение каната в сбегающей и набегающей части ветви.
Таблица 1 - Структура цикла проходки наклонной скважины
№ Наименование операций Формула определения длительности операции ^ мин Длительность операции, мин Примечание
1 Горизонтирование вЬг ^ = 60 N 4,54 G-вес станка
G = 136т h - максимальная высота подъёма станка при горизонтировании N -мощность насосной станции станка, 5 кВт
2 Проходка скважины на глубину одной штанги 1. ст ^ = V п 58,39 Lшт-длина одной штанги, м Lшт = 10м скорость шарошечного бурения, м/мин 0,137 м/мин
3 Развинчивание нижнего стыка t 3 1,0
4 Быстрый подъём шпинделя на длину штанги 2 L ст ^ = V бпб ; 2 L ст ^м = Vбпм 0,997 * 0,57 Vбп - скорость спускоподъёмных операций става, м/мин Vбпб=16; / Vбпм=28
5 Вывод на ось бурения штанги t = t 5 3 1,0
6 Свинчивание верхнего и нижнего стыков ^3 2,0
Рис.2. - Принципиальная схема полиспастной
системы подачи 1-электродвигатель; 2-редуктор вращателя; 3-шинно-шлицевая муфта; 4-опорный узел; 5-каретка; 6-блоки верхние; 7-блок отводя-щий;8-приводной барабан; 9-лебедка пода-чи;10-механизм натяжения;11-блоки нижние
Уровнять усилия в канате и обеспечить эффективное натяжение его сбегающей части одним механизмом натяжения.
Для количественной оценки эффективности уменьшения длительности вспомогательных операций нами выполнена систематизация структуры цикла проходки одной наклонной скважины.
В соответствии с технологией отработки добычного уступа с верхней погрузкой и расчетными параметрами буровзрывных работ [9].
Анализ выполненной систематизации структуры цикла проходки одной наклонной скважины показывает, что (см. Таблицу 2 (продолжение))
Длительность цикла проходки наклонной скважины для базовой конструкции составляет 125 мин.
А для инновационной системы подачи составит 120 мин.
Это приведет к увеличению коэффициента забоя и следовательно к увеличению скорости проходки скважины более чем на 4,6%.
С целью минимизации припусков на механическую обработку оси выбрана заготовка- сортовой прокат круг 150-в-2 гост 2590-88 из стали 40ХН [10]. Фрезерно-цен-тровальная операция оси блока на фрезер-но-центровочном станке МР-71 показана на (Рисунке 3).
Таблица 1 (продолжение) - Структура цикла проходки наклонной скважины
№ Наименование операций Формула определения длительности операции t, мин Длительность операции, мин Примечание
1 2 3 4 5
7 Проходка скважины на глубину L -Ь ст шт L ст t7 = Vcm - t2 47,45
8 Быстрый подъём става на длину штанги 2( Lcm- Lшт) t8 = /бп 2 0,805 0,46 *
9 Развинчивание верхнего и нижнего стыков t9=2t3 2,0
10 Помещение штанги в кассету t10=t3 1,0
11 Быстрое опускание шпинделя на длину штанги t11=2t4 0,997 0,557 *
12 Свинчивание нижнего стыка t12=2t3 1,0
13 Быстрый подъём шпинделя на длину штанги t13=t4 0,997 0,557 *
14 Снятие станка с аутригеров = 0,^1 2,27
15 Переезд от г-той скважины к г+1 скважине 2(а3+ 82) V х. п. 1,27 V - скорость х.п. А передвижения станка, м/ мин V = 26,66 м/мин а3, а4-расстояние между скважинами и рядами, м аз=а4=8
* в числителе указана длительность операций для базовой, а в знаменателе для модернизированной модели системы подачи.
Применение торцовых фрез точного исполнения исключает подналадку при смене их пластин, а центровочные сверла закрепляют в сменных втулках с регулируемым упором, что позволяет налаживать вылет сверл вне станка[11].
В экономической части выполнен расчёт технико-экономических показателей эксплуатации бурового оборудования. Так
нами установлено, что эксплуатация бурового станка с предложенной конструкцией системы подачи при плановом объеме добычных работ в 2 млн.т позволит снизить себестоимость добычи более чем на 2% и увеличить производительность труда с 155 до 162 тысяч т на человека в год и получить прибыль в размере более 2-х млн руб.
Рис.3. - Технологический маршрут механической обработки оси блока
механизма натяжения
Библиографический список
1. Куулар О. О. Энергоэффективный экскаватор-драглайн ЭШ-10/70 в горнопромышленной отрасли. Актуальные проблемы внедрения энергоэффективных технологий в строительство и инженерные системы городского хозяйства // Материалы II международной научно-практической конференции. - 2015. - С. 47-50.
- Текст: непосредственный.
2. Саая С-С. Ш. Разработка конструкции рабочего оборудования гидравлического экскаватора ЭГ-110 на территории Республики Тыва / С-С. Ш. Саая, О. О. Куулар // Горно-металлургический комплекс: достижения, проблемы и перспективы инновационного развития. - 2016. - С. 166167. - Текст: непосредственный.
3. Куулар О.О. Вестник Тувинского государственного университета. №3 Технические и физико-математические науки / О. О. Куулар, Ч. Д. Шавыраа, С. С. Ш. Саая.
- 2018. - № 3 (38). - С. 20-25. - Текст: непосредственный.
4. Хохряков В. С. Проектирование карьеров: учебник для вузов. - Москва: Недра, 1980. -336 с. - Текст: непосредственный.
5. Открытые горные работы: справочник / К.Н.Трубецкой, М.Г.Потапов, К.Е.Ви-ницкий, Н.Н.Мельников и др.-Москва: Горное бюро, 1994. - 590 с. - Текст: непосредственный.
6. Мельников Н. В. Краткий справочник по открытым горным работам. - Москва: Недра, 1982.- 414 с. - Текст: непосредственный.
7. Арсентьев А. И. Вскрытие и система разработки карьерных полей. - Москва: Недра, 1981. - 278 с. - Текст: непосред-
ственный.
8. Типовые технологические схемы ведения горных работ на угольных разрезах. - Москва: Недра, 1982. - 405 с. - Текст: непосредственный.
9. Безопасность при взрывных работах: сб. документов. Серия 13. Вып.1. - Москва: ГУП НТЦ «Промышленная безопасность Госгортехнадзора России», 2002. - 248 с. - Текст: непосредственный.
10. Быкадоров В. С. Угольная база России. Том Ш. Угольные бассейны и месторождения Восточной Сибири. - Москва: ООО «Геоинфоцентр», 2002.- 488с. -Текст: непосредственный.
References
1. Kuular O. O. Energoeffektivny ekskavator-draglain Esh-10/70 v gornopromyshlennoi otrasli. AktuaFniye problemy vnedreniya energoeffektivnykh tekhnologiy v stroiteFstvo I inzhenerniye sistemy gorodskogo khozyaystva. Materialy II mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii [Energy Efficient excavator-dragline ash-10/70 in mining industry. Actual problems of implementation of energy-efficient technologies in construction and engineering systems of municipal economy. Materials of the II international scientific-practical conference]. - 2015. - Pp. 47-50. (in Russian) - Текст: непосредственный.
2. Saaya S-S. Sh. Razrabotka konstruktsii rabochego oborudovaniya gidravlicheskogo ekskavatora EG-110 na territorii Respubliki Tyva [Design of working equipment of the EG-110 hydraulic excavator on the territory of the Republic of Tyva]. Mining and metallurgical complex: achievements, problems and prospects of innovative
development. - 2016. - С. 166-167. (in Russian) - Текст: непосредственный.
3. Kuular O. O., Shavyraa Ch.D.O., Saaya S.S. Sh. TuvSU Vestnik Journal. Technical and Physics-Mathematics Sciences.
- 2018. - No.3 (38). - Pp.20-25. (in Russian)
- Текст: непосредственный.
4. Khokhryakov V. S. Proyektirovaniye karerov: uchebnik dlya vuzov [Quarry Design. A Textbook for universities]. -Moscow, Nedra Publ., 1980. - 336 p. (in Russian) - Текст: непосредственный.
5. Trubetskoy K.N., Potapov M.G., Vinitsky K.Ye, Melnikov N.N. et al. Otkrytye gornye raboty: Spravochnik [Open-pit mining. A Handbook]. - Мoscow, Gornoye Bureau Publ., 1994. - 590 p. (in Russian) - Текст: непосредственный.
6. Melnikov N. V. Kratky spravocnik po otkrytym gornym rabotam [A Brief Guide to Open- Pit Mining]. - Moscow, Nedra Publ., 1982. - 414 p. (in Russian) - Текст: непосредственный.
7. Arsentyev A. I. Vskrytiye I sistema razrabotki kar ernykh polei [Excavation and System of Quarries Development]. - Moscow, Nedra Publ., 1981. - 278 p. (in Russian) - Текст: непосредственный.
8. Tipovye tekhnologicheskiye skhemy veneiya gornykh rabot na ugoFnykh razrezakh [Typical technological schemes of mining operations on coal mines]. -Moscow, Nedra Publ., 1982. - 405 p. (in Russian) - Текст: непосредственный.
9. Bezopasnosf pri vzryvnykh rabotakh [Safety during blasting]. Safety documents guide. Series 13. Issue 1. - Moscow, "Industrial safety of Gosgortekhnadzor of Russia" Publ., 2002. - 248 p. (in Russian) - Текст: непосредственный.
10. Bykadorov V. S., Vyalov V I., Kosarev V. V. UgoFnaya baza Rossii [Coal Base of Russia]. Coal basins and deposits of Eastern Siberia.Vol.3. - Moscow, LLC "Geoinfotsentr" Publ., 2002. - 488 p. (in Russian) - Текст: непосредственный.
Куулар Олча Орлановна, старший преподаватель кафедры Горное дело Тувинского государственного университета, г. Кызыл, E-mail: mongysh1@rambler.ru
Olcha Kuular, Senior Lecturer at the Department of Mining Engineering, Tuvan State University, Kyzyl, E-mail: mongysh1@rambler.ru
Дата поступления статьи в редакцию 15.06.19
