К.т.н., Егоров И.К.
Якутский государственный
университет, г. Якутск, Россия
Инновационная
разработка "Подземный колесный скрепер"
В
настоящее время крупные, богатые горные предприятия, добывающие алмазы и золото не заслуженно отказываются и
принижают роль переносного оборудования, таких как, перфораторы и скреперные установки.
Применяемое в данное время дорогостоящее,
опасное, трудно обслуживаемое самоходное, импортное оборудование хотя и повысило показатели очистных, проходческих и
горно - разведочных работ, степень механизации горных работ и прочие скоростные показатели, но с другой
стороны ухудшило технику безопасности, экологическую чистоту горного
производства, усложнило проветривание забоев, оснащенных дизельными самоходными
машинами. Повысилось пожароопасность и взрывоопасность забоев, кроме того,
отходы ГСМ загрязняют подземные
выработки, дневную поверхность. За счет проведения специальных выработок и
выработок большого сечения, спиральных съездов, гаражей, мастерских,
заправочных усложнилась технология
ведения горных работ, а значит и стоимость разведуемого или добываемого сырья.
В десятки раз повысилась себестоимость подземных и разведочных работ.
Такие расходы могут нести богатые
предприятия: АК «Алроса», ОАО «Нижне – Ленское», ОАО «Алмазы Анабара», ЗАО
«Полюс» и др.
Например, комбайны, внедренные на руднике
«Интернациональный», работающие в комплексе с самоходным дизельным
оборудованием снижают свою экономическую эффективность, а это ставит под
сомнение саму идею внедрения комбайнов. Хотя идея внедрения комбайнов не нова,
она перекочевала в АК «Алроса» с угольных шахт или россыпных месторождений «Кулара», где ранее комбайны эффективно
применялись в комплексе со скреперными установками, но практическая новизна и
результат новой комбайновой технологии представляет громадный шаг в технологии
разработки кимберлитовых месторождений и заслуживает высокой оценки [1].
Естественно, инженерная мысль требовала
испытать комбайны с самоходными вагонами ШСВ, погрузочно-доставочными машинами
и скреперными установками с емкостью ковша 4 м3.
Первоначально технология ведения подземных
горных работ комбайнами в комплексе с
ШСВ (шахтный самоходный вагон) типа
ВС-15 казалась идеальной, но проверочный расчет [2], приведенный ниже и
эксплуатационные испытания вагона показали его низкую надежность.
Шахтный самоходный вагон хорошо вписывался в принятый цикл
проходки:
Vцикл= В.H.d=4,5.5.0,3=6,75
м3 , что меньше емкости
вагона Vшсв=9м3 , где
Vцикл - объем породы,
вынимаемый комбайном,
В =4,5 м, ширина очистной выработки,
Н=5
м, высота очистной выработки,
d=0,3м, толщина отбиваемого слоя за 1 цикл.
При отсутствии самоходного вагона,
согласно планограммы работ машинисты комбайна проводят осмотр комбайна, производят замену быстросъемных деталей и
резцов. При длительном отсутствии вагона (внеплановый простой из-за отказа)
машинисты приступают к установке анкерной крепи, актировке или заготовительным
работам для последующей заливке очистной выработки гидравлической закладкой.
В алмазодобывающей промышленности
самоходные вагоны нашли бы основное
применение не только при разработке мощных вертикальных рудных
тел, где высота очистных выработок
достигает 5 м, но и при разработке горизонтальных россыпных месторождений мощностью до 4 м., средней длине откатки 100
– 150 м, максимальной длине 200 – 300 м. [3].
Вагоны разгружаются в рудоспуски, из которых руда через люки направляется на локомотивную
откатку, а затем скиповым подъемом она выдается на дневную поверхность.
Во время погрузки вагона или ковша
ПДМ машинист отключает двигатель для уменьшения выхлопных газов в
тупиковом забое. (Рис. 1).
Рис.1. Эксплуатация
комбайна АМ-105 в комплексе с СШВ или ПДМ
1.Время погрузки (Тп)
самоходного вагона зависит от технической производительности комбайна (Qт) и крепости пород (f):
Q1т = 10
м2 в мин.
при f1 = 2
Q2т = 1,0
м3 в мин
при f2 = 6
Q3т =
0,25 м3 в мин при f3
=10.
T п1=(60 .Vшсв
. Кн . Кр . Км)/
Q1т = (60. 9,0. 0,95 . 1,1 . 1,25)
/ 10 =70 с.
Т п2 =
(60. Vшсв . Кн .
Кр . Км)/ Q2т = (60 . 9,0
. 0,95 . 1, 1 . 1, 25) / 1,0 = 700 с.
Т п 3 =
(60 .Vшсв . Кн .Кр
.Км )/ Q3т = (60. 9,0 .
0,95 . 1, 1 . 1,25) / 0,25 = 2821,5 с.
где Кн =0,95
–коэффициент наполнения кузова,
Кр=1,1- коэффициент учета
ремонтов и техобслуживания,
Км=1,25-коэффициент маневров
во время погрузки.
2.Время движения ШСВ
остается постоянным, например при L
макс.= 0,2 км.
Т дв.=
3600 . L макс (1/Vгр + 1/Vпор) .
К дв = 3600. 0,2 (1/8,5 +1/10) 1,35 =210 с.
где Vгр=8,5
км/ч и Vпор=10км/ч
- скорости груженого и порожнего вагона,
К
дв=1,35 – коэффициент, учитывающий разгон, замедление, снижение
скорости самоходного вагона.
3.
Время оборота ШСВ будет, изменятся в
зависимости от времени погрузки комбайном, т.е. в зависимости от технической
производительности комбайна и от крепости
кимберлитовых руд;
Т1об = Тдв
+ Т n1 + Тр = 70 + 210 + 25 = 300 с. или 5 мин.
Т2об = Т дв
+ Тn2 + Тр = 700 + 210 + 25 = 840 с. или 14 мин.
Т3об= Т д.
+ Тn3 + Тр = 2821,5 +210 + 25 = 3056,5 с. или 50,9 мин.
4.
Определяем
(N) число самоходных вагонов на один комбайн;
N1 вагонов =
Т1 об./ Т n 1 = 360/70 = 5,0 вагонов
N 2вагонов
= Т2 об/ Т n 2 = 1000/700 = 1, 5 вагонов
2
вагона
N 3вагонов =Т3 об./ Т n 3 =
3056/2821,5= 1,0 вагон.
5.
Возможная производительность добычного
комплекса (Qр) состоящего из одного комбайна типа АМ – 105 и двух самоходных вагонов 5ВС - 15;
Qр=Nв .
(3600 . VШСВ . Кнв Тсм)/Т
об =2 (3600. 9. 0,95. 6) /840 =
439,71 м 3 / см
6. На
практике данная производительность не
была достигнута из-за низкой надежности и не эффективной эксплуатации ШСВ,
который из-за не благоприятных условий оказался не работоспособным. Основные
узлы вагона: рама, скребковый конвейер,
ходовая часть, кузов преждевременно выходят из строя из-за коэффициента
перегрузки, т. к. вагон был предназначен для транспортировки угля и легких
пород. Электрооборудование выходит из строя из-за окисления
сероводородом, и другими вредными
веществами, негативно влияющими на все узлы ШСВ.
В угольной промышленности скребковые
конвейеры и перегружатели рекомендуются применять только для транспортирования
угля и легких пород, например, каменной соли. А для тяжелых кимберлитовых пород
нужно определить Кпер -
коэффициент перегрузки вагона:
К пер = Gким / Gдоп
= 2,44/1,4 =1,7
где Gким=2,44
т/м3- насыпная масса кимберлитовой руды,
Gдоп= 1,4 т/м3-
допустимая для вагона с донным конвейером масса руды.
Самоходные вагоны на
подземных горных работах себя не оправдали. Поэтому руководство ЗАО «Алроса»
решило от них отказаться и перейти на
погрузочно-доставочные машины. В настоящее время на руднике “Интернациональный”
погрузка и доставка руды от комбайнов (АМ-75; АМ-85;АМ-105) до рудоспусков
осуществляется погрузочно-доставочными машинами типа “ EST-6”(Швеция), “
TORO-500E”(Финляндия), “ TORO-400E”(Финляндия). Из этого следует, что
производительность и эффективность комбайнов зависит не только от
крепости пород, но и производительности погрузодоставочных машин.
Чтобы обеспечить непрерывность процесса
добычи руды, необходимо держать под погрузкой у комбайна, как минимум две погрузодоставочные
машины, а по мере увеличения длины доставки три ПДМ. Очевидно, что с
увеличением числа погрузодоставочных машин на обслуживание одного комбайна
возрастает опасность ведения подземных горных работ. Кроме того, если это
дизельная ПДМ, возрастает и загазованность горных выработок (особенно
тупиковых), также увеличиваются экономические затраты, так как только одна
импортная погрузодоставочная машина стоит около 1,5 млн. $, включая затраты на
ее содержание, резину, ЗИП, запчасти,
ремонт, техническое обслуживание, и
расходы на горючесмазочные материалы.
Для того чтобы обеспечить непрерывность
работы комбайна и в тоже время сохранить минимальное число погрузодоставочных
машин, была предложена бункерная и
контейнерная доставка [3] рудной массы
от комбайнов к рудоспускам, позволяющей иметь только одну ПДМ.
В условиях многолетнемерзлых россыпей
показали высокую надежность, работоспособность, не восприятие сурового
климата, вредных веществ и экономичность
скреперные установки типа 55 ЛС-2С, 75 ЛС-2С, 100 ЛС-2С при работе с ковшами
емкостью 1,5…4,0 м3. Их
недостаток волочение груза по почве выработки. Подземные колесные скреперы не
имеют этот недостаток.
Коэффициент трения-сцепления Ктс породы об
почву выработки равняется 0,6 – 0,7, коэффициент трения-качения колес Ктк колес – 0,2 – 0,3. При Ктс/Ктк=0,6/0,2=3
возможно применение более тонких канатов, технический проект на изготовление
подземного колесного скрепера показывает возможность трехкратного увеличения
длины транспортирования скреперными установками.
Экономический эффект можно достичь
освободившись от опасных и дорогостоящих машин за счет конструирования,
проектирования и внедрения подземного колесного скрепера (ПКС). (Рис.2).
Предполагаемый нами подземный колесный
скрепер является транспортным устройством, циклического действия. Он
предназначен для транспортирования руды (породы) различной крупности – 100-300
мм.
Он имеет небольшой объем кузова 4 м3,
не имеет перегружающего устройства, и является саморазгружающимся с канатной
тягой, имеет привод скреперной установки. Поэтому имеет достоинства скреперной
установки и машины:
1
простота устройства;
- надежность работы;
- легкость перемещения с
одного места на другое, т.е. простота монтажа и демонтажа;
- незначительные расходы на ремонт;
- невысокая стоимость оборудования.
Основные недостатки:
- значительный износ каната;
- снижение производительности с увеличением
длинны доставки.
Эффективность скреперной доставки зависит от
мощности лебедки, длины доставки и от организации работ, метода разгрузки
скреперного ковша. Погрузка ПКС производит под люком рудоспуска или машины ПНБ
с нагребающими лапами, возможна погрузка комбайнами типа АМ-105.
СШВ снабжен для разгрузки коротким
скребковым конвейером, поэтому в плане имеет прямоугольную форму.
ПКС имеет
в днище встроенную короткую скреперную установку, служащую для его
разгрузки, поэтому в плане имеет квадратную форму. Это дает ему возможность
одноразовой разгрузки нагруженной породы.
Рабочий и холостой канаты ПКС производят две
операции: в начале тянут нагруженную
тележку со скрепером до пункта разгрузки или до рудоспуска. Затем рабочий канат
отцепляется от прицепного устройства тележки и прицепляется к коушу (серьге)
скрепера, далее скрепер сам разгружает нагруженную тележку. Холостой канат
также отсоединен от тележки и соединенный задней стенкой скрепера ставит в
исходное положение.
После разгрузки тележки (ПКС) оба каната
отсоединяются от скрепера и присоединяются к тележке, затем тележка подается
под погрузку к комбайну, погрузочной машине или рудоспуску.
Рис.2
Схема доставки руды ПКС .
1)
комбайн; 2) лебедка; 3) рудоспуск; 4)
эстакада; 5) скреперный ковш; 6)
защитная труба для троса; 7) отклоняющий шкив; 8) отклоняющий барабан; 9)
замки; 10) буфер; 11) световая и звуковая сигнализация.
Метод разгрузки скреперного ковша на эстакаде под углом 45о (рис. 2),
позволяет открыть магнитные защелки борта ковша и разгрузиться под действием
силы тяжести выгружаемых пород (схема 2 на рисунке 2).
Если вмещающие породы слабые,
представлены каменной солью то комбайн легко проходит наклонные съезды к
рудоспускам, установленным вокруг трубки. При развороте на 180о
скреперный ковш разгружается вниз, в рудоспуск, как описано выше.
На горизонтальной плоскости ПКС разгружается как прицепной скрепер [4]
для открытых горных работ, а руда выталкивается из скреперного ковша с помощью
гидроцилиндров или канатов лебедки. Конструкция ПКС защищается патентом и не
представлена.
Увеличение канатоемкости барабанов
скреперной установки за счет применения более износостойких и утоньшенных
канатов подтверждается техническим проектом на изготовление подземного
колесного скрепера выполненного в Московском техническом университете им.
Н.Э.Баумана
Рекомендую изготовление подземных колесных
скреперов частным предприятиям для поддержания малого бизнеса Якутии.
Литература:
1.
Егоров И.К. Определение производительности
зарубежных комбайнов на рудниках в зоне
многолетней мерзлоты// Горный информ.- аналит. бюллетень- М.: изд-во МГГУ,
2004, №9
2.
Тихонов Н.В. Транспортные машины горнорудных
предприятий. М.: Недра,1985
3.
Егоров И.К. Механизм разрушения кимберлитов
комбайнами и сохранность кристаллов// Горный информ.-аналит.бюллетень-М.:
изд.МГГУ.2005.№1
4.
Раннев А.В. Устройство и эксплуатация
дорожно- строительных машин. М.: Издательский центр «Академия», 2003.с.119.
360651