CC BY
49
© В.Л. Зенкин, Е.А. Котенко,
2003
УДК 621.879.48
В.Л. Зенкин, Е.А. Котенко
ТЕХНОЛОГИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СЕЛЕКТИВНОЙ ВЫЕМКИ УРАНОВЫХ РУД РОТОРНЫМ ЭКСКАВАТОРОМ
При селективной разработке урановых руд открытым способом применялись роторные экскаваторы типа ЭРГ-400 и ЭР-1250 [1]. Автоматизация процесса селективной выемки ископаемого представляет собой сложную научно-техничес-кую задачу, которая решалась в течение ряда лет с (1962 по 1992 гг.) в институтах ВНИПИПТ и ВНИИХТ, на комбинатах НГМК (Узбекистан) и ПГМК. (Казахстан).
В результате проведенных исследований разработана методика контроля границ уранового пласта при ведении вскрышных и добычных работ, исследованы основные факторы, влияющие на качество добываемого сырья: геометрические условия измерения интенсивности гамма-излучения в приконтактных зонах кровли и почвы пласта, динамика и колебание роторной стрелы с рабочим органом в вертикальной плоскости, режимы работы привода подъема роторной стрелы экскаватора.
При исследовании геометрических условий измерения проведены расчеты интенсивности гамма - излучения в зависимости от перемещений режущей кромки ротора в приконтактных зонах пласта. Для теоретических расчетов интенсивности гамма-излучения разработаны алгоритмы и программы для ЭЦВМ, учитывающие пространственное положение датчика над поверхностью стружки экскаватора, угол направленности экрана, распределение урана в пласте, его мощность и плотность горных пород. По данным аналитических расчетов и полученным закономерностям проведен анализ изменения интенсивности гамма - излучения и определены геометрические условия измерения .для определения границы руда-порода при селективной выемке урановых пластов (рис. 1 и рис. 2).
Исследования динамики роторного экскаватора производились с помощью виброизмерительной аппара-
туры с одновременной регистрацией электрических и технологических параметров режимов работы.
В результате анализа проведенных измерений и режимов определены амплитуды и частоты колебаний рабочего органа в забое, разработаны мероприятия по стабилизации и уменьшению колебаний ротора при ведении вскрышных и добычных работ: изготовлены гидродемпфирующие устройства для редукторов роторного колеса, применены дополнительные режущие кромки.
При исследовании динамики и режимов работы привода подъема роторной стрелы в процессе ведения вскрышных и добычных работ: определены переходные, статистические и механические характеристики, быстродействие, скоростные и нагрузочные диаграммы, сделан расчет величин отклонения рабочего органа от границы ископаемого в зависимости от скорости и ускорения привода подъема. Проведен сравнительный анализ различных приводов подъема роторной стрелы с релейноконтакторным управлением и регулированием скорости подъема.
На основании проведенного анализа для подъема и опускания роторной стрелы экскаватора выбран регулируемый привод переменного тока с бесконтактным пускорегулирующим устройством асинхронно-вентильного каскада, который обеспечивает более точное отслеживание границы ископаемого по сравнению с релейноконтакторным управлением.
С учетом разработок и исследований на карьерах комбинатов НГМК и ПГМК по системам управления автором была разработана общая структурная схема системы управления роторным экскаватором при селективной добыче полезного ископаемого [2]. .Эта система приведена на (рис. 3) и является обобщением проведенных работ с 1962 по 1970 гг. На основании этих обобщений были определены
дальнейшие работы по совершенствованию и внедрению системы управления роторным экскаватором и технических средств в
промышленные условия с радиометрической аппаратурой «Сигнал ВМезуЭЛаУ-Зпроведения исследований и испытаний вышеприведенной системы управления с аппаратурой была разработана новая система автоматизированного управления роторным экскаватором «Граница», которая включает:
- устройство для подвески двух датчиков (детекторов с коллиматорами) в рабочей зоне роторного колеса с дистанционным управлением их пространственного положения в соответствии с геометрическими условиями измерения (рис. 4 , см. 1 и 2);
- двухканальную радиометрическую аппаратуру РЭС-1 с частотомером Ф-5080 для измерения естественной интенсивности гамма-излучения по частоте следования импульсов, выносными стрелочными приборами и световой сигнализацией для контроля положения рабочего органа экскаватора относительно границы руда-порода в кровле и почве пласта, блоком питания и блоком управления БУ-1 с пороговыми схемами и усилителем для регулирования скорости подъема роторной стрелы, устанавливаемых в кабине машиниста (рис. 4, см. 3);
- аппаратуру управления приводом подъема роторной стрелы в ручном и автоматическом режимах по сигналам от датчиков. (рис. 4, см .4).
Система «Граница» прошла в 1978 г. на комбинате ПГМК опытно- промышленные испытания и показала свою работоспособность и устойчиво ведет рабочий орган роторного экскаватора по границе руда-порода при равномерном распределении полезного ископаемого в приконтактных зонах уранового пласта.
В процессе экспериментальных исследований работы роторного экскаватора в забое с Ра
диометрической аппаратурой получены графики изменения интенсивности гамма-излучения в зависимости от перемещений режущей кромки ротора її в приконтактных зонах кровли J = Д(1)
Рис. 1. Схема установки датчика при контроле границы пласта по графикам поглощения J/J = £^(ц, Н) и насыщения J/J =
А,(кЛ)
Рис. 2. Технологическая схема раздельной выемки вскрышных пород радиоактивного пласта в режимах «Вскрыша» - «Добыча» с использованием зависимостей J = А^Н) и Jk = ЩГ): 1 - роторное колесо; 2 - датчик границы
Рис. 3. Структурная схема АСУ роторным экскаватором при селективной добыче полезного ископаемого: СКЧ - система коррекции чувствительности; ДВН - датчик весовой нагрузки; ВУ - вероятностное устройство; ЛЗ - линия задержки; Д1, Д2, Дз - датчики; ИИ1, ИИ2, ИИ3 - измерители интенсивности; ЭЛУ1, ЭЛУ2 - электронные логические устройства; П1, П2, ПЗ, П; -переключатели; ЗУ - запоминающее устройство; ДК - датчики курса; УПЗК - устройство поддержания заданного курса; БВК - блок визуального контроля курса; ДНБ - датчик наклона базы; ИКУП - индикатор корректировки угла подъема ротора; Ппов - привод поворота; Дпов - датчик поворота; ПХ - привод хода; ДХ - датчик хода; ОП - отметчик пути; ПТОд - привод подъема; Дпод - датчик подъема; УСПУ -устройство программного управления; УС - устройство суммирования; РПРП - регистратор положения ротора и программы; МЭ - машинист экскаватора; ПРУ - пульт ручного управления; УУ - управляющее устройство
и почвы пласта Jk = т .Наличие на графиках линейных участков в пределах от -1^ = 15 см до + ^ = 5^10 см позволяет осуществлять слежение за границей рудного пласта с точностью: при довскрыше и зачистке кровли пласта - 4,22^5,0 см; при выемке пласта - 2,40^3,0 см [3].
Точность отслеживания границы полезного ископаемого несколько ниже при наклонных положениях датчика над кровлей пласта из-за уменьшения коэффициента наклона Ко в зависимостях J = /(I).
Полнота зачистки и выемки пласта при ручном управлении приводом подъема роторной стрелы экскаватора в основном зависит от амплитуды вертикальных колебаний и отклонений £ рабочего органа.
Суммарные максимальные отклонения ротора от границы в кровле и почве пласта достигают следующих величин:
при релейно-контакторном управлении и числе ковшей Z = 9 - 14^15,4 см; при Z = 18 - 9,8^11,6 см;
при управлении с помощью ПРбУ-380 и числе ковшей Z = 9 -10,6+12,5 см; при Z = 18 - 6,4+8,7 см.
В режиме автоматического управления приводом подъема по сигналам от радиометрической аппаратуры средние отклонения рабочего органа от границы пласта зависят от содержания полезного ископаемого, статистической природы гамма-излучения, геометрических условий измерения и составляют:
при довскрыше и зачистке пласта
- 4,22+5,0 см;
при выемке пласта - 2,40+3,0 см. Суммарный прихват пород в кровле и почве пласта достигает 8 см.
При технико-экономических расчетах с применением системы автоматического управления приводом подъема суммарная величина прихвата пустых пород в кровле и почве пласта при отработке карьеров № 2-3 и №5 месторождений Меловое и Томак составляет 10 см вместо 16 см, предусмотренной проектом.
Это позволяет снизить разубожи-вание балансовых руд с 6,5% до 4,1% и уменьшить потери забалансовых руд за счет их более полной выемки с 10% до 6,5%. Годовая экономическая эффективность при снижении разу-боживания балансовых руд и за счет более полной выемки забалансовых руд на предприятии ПГМК составляет Э1= 240020 руб.
Годовая фактическая экономическая эффективность от внедрения 4 шт. ПГА на предприятии НГМК составляет Эп= 140000 руб.
Таким образом, общая годовая экономическая эффективность от внедрения научно-исследовательских разработок по совершенствованию технологических процессов работы роторных экскаваторов в процессе ведения добычных и вскрышных работ составляет:
Э = Э1+ Эп=240020+140000 = =380020 руб.
По результатам исследований получено 6 авторских свидетельств:
4 авт. свид. - на «Устройства автоматического управления роторным экскаватором»; 2 авт. свид. - на «Устройства автоматического регулирования производительности догрузочного экскаватора роторного комплекса »
В настоящее время ряд отечественных и зарубежных предприятий освоили промышленное производство роторных экскаваторов с умень-
шенными линейными параметрами и высокими показателями удельного усилия копания - компактные роторные экскаваторы [4]. Kомпакт-ные роторные экскаваторы предназначены для разработки массива горных пород с прочностью на сжатие до 10+20 Mna при ведении вскрышных и добычных работ.
В начале 80-х годах в нашей стране были уже разработаны технологические условия применения компактных роторных экскаваторов в горнодобывающих отраслях при разработке месторождений открытым способом [5]. Подобные экскаваторы могут применяться на селективной разработке различных полезных ископаемых: угля; железных руд; руд цветных металлов; фосфатного сырья; неметаллических и строительных горных пород. При оснащении компактных роторных экскаваторов соответствующей радиометрической аппаратурой их можно с успехом применять на селективной добыче радиоактивных руд и других ископаемых.
Фирма «KRUPP» (ФРГ) выпускает ряд компактных роторных экскаваторов с высокими техническими характеристиками [6].
Фирма « FAM » (ФРГ) выпускает также широкий ассортимент машин непрерывного действия для открытых горных работ, в том числе компактные роторные экскаваторы, перегружатели и отвалообразователи [7].
Другая фирма «MAN TAKRAF» (ФРГ) выпускает широкий ассортимент роторных экскаваторов для работы в легких условиях и с повышенными усилиями копания [4].
Фирма «Unex» (Чешская Республика) с 1995 г. проводит испытания компактного роторного экскаватора K-650 для разработки массива горных пород с прочностью на сжатие до 50 Mna на карьере «Удачный» [8]. Все компактные экскаваторы имеют повышенную динамическую устойчивость и гидропривода роторного колеса, подъема и поворота роторной стрелы. Для оценки динамических и регулировочных качеств гидроприводов роторного колеса, подъема и поворота роторной стрелы необходимо провести исследования их работы при селективной выемке тонких урановых пластов.
Создается также экскавационная техника нового поколения, которая предназначена для послойнополосовой безвзрывной отработки породно-угольных, фосфоритных, бок-
Рис. 4. 1 - устройство для подвески датчиков; 2 - аппаратура управления положением радиометрических датчиков; 3 - радиометрическая аппаратура РЭС-1, цифровой частотомер и стрелочные приборы с сигнализацией; 4 -аппаратура управления приводом подъема роторной стрелы экскаватора
ситовых и других полезных ископаемых с использованием фрезерных комбайнов типа «Surface Miner» (SM) с конвейеризацией транспорта вскрышных пород и селективно извлекаемого полезного ископаемого [4, 9]. К этим комбайнам можно отнести следующие типы: KSM, WSM (фирма «Wirtgen»), VASM (фирма «Voest Alpine»), MTS(фирма «MAN TAKRAF»).
Для селективной выемки урановых пластов эти машины пока еще не применялись, но для селективной разработки фосфоритов месторождения Ташку-ра-Джерой в Центральных Кызылкумах (НГМК) применяется комбайн фирмы «Wirtgen» SM-2000 и будет использован другой фрезерный комбайн MTS -250 (фирмы «MAN TAKRAF») для селективной выемки фосфоритовых пластов. [10, 11].
На базе этого комбайна по предложению специалистов комбината НГМК в настоящее время будет реализовываться система автоматизированного управления с радиометрической аппаратурой и гамма-гамма-плотномерами на рабочем органе и ленточном конвейере с весовым устройством для определения качества руд в отрабатываемом слое и в потоке, транспортируемом для загрузки в транспортную емкость (кузов автосамосвала) при технологии селективной разработки фосфопластов на Джерой -Сардаринском фосфоритовом месторождении в Узбекистане [10].
Управление фрезерным комбайном MTS - 250 фирмы «MAN TAKRAF» осуществляется машинистом из кабины. Режимы работы комбайна задаются с помощью программно-управляющей системы (SPS) с дисплеем, позволяющим визуально контролировать все важные рабочие параметры и корректировать их по мере необходимости.
Для создания ровной рабочей площадки применяется регулирование по углу ее наклона. Поэтому рабочий орган комбайна оснащен двумя зон-дами-уклономе-рами, посредством которых измеряется угол поперечного наклона верхнего строения комбайна
и затем автоматически устанавливается запрограммированный угол наклона поперечной площадки.
Для измерения глубины зарезки рабочий орган комбайна оснащен
также двумя зондами для определения расстояний от верхней и нижней поверхностей срезаемого слоя. С помощью этих зондов устанавливается глубина зарезки от 0 до 0,65 м. Ком-
байн оснащается устройством демпфирования колебаний рабочего органа и кабины управления [11].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Котенко Е.А. Опыт селективной выемки разработки роторными экскаваторами сложноструктурных урановых месторождений, АГН, М., 2001.
2. Зенкин В.Л. Автоматические устройства и системы для управления роторным экскаватором при селективной добыче полезного ископаемого. Научные труды, вып. 14, ОНТИ, 1970.
3. Зенкин В.Л. Исследование геометрических условий измерения с применением средств вычислительной техники при работе роторного экскаватора. Горно-металлургическая промышленность, ОНТИ, № 9-10, 1973.
4. Справочник «Открытые горные работы», Горное бюро. М., 1994.
5 Сидоренко И.А. Технологические условия применения компактных экскаваторов в горнодобывающих отраслях и на массовых земляных работах. - В кн. Направления повышения эффективности разработки месторождений открытым способом. М. ИПКОН АН СССР, 1981.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------
6. Компактные роторные экскаваторы фирмы КЕиРР. Горная промышленность, № 1, 1999.
7. Проспекты фирмы FAM (ФРГ). 2000.
8. Радьков В.А. Опытно-промышленные испытания компактного роторного экскаватора на карьере «Удачный». Горный журнал, № 10, 1997.
9. Виденхауз Г., Рудольф В., Краснянский Г., Штейнцайг Р. Опыт создания и применения экскавационой техники нового поколения. Сб. Открытые горные работы. М., 1999.
10. Кучерский Н.И., Толстое Е. А., Михин О.А., Мазуркевич А.П., Иноземцев С.Б. Кызылкумский фосфоритовый комплекс: поэтапное освоение месторождения фосфоритов. Горный вестник Узбекистана № 1 , Навои , 2001.
11. Мальгин О.Н., Иноземцев С.Б., Кох Р. Селективная разработка фосфопластов Джерой-Сардаринского месторождения фрезерным горным комбайном MTS-250. Горный вестник Узбекистана № 1, Навои, 2001.
Зенкин В.Л. - ВНИПИпромтехнологии. Котенко Е.А. - АГН.
