Расчет параметров вибровыпуска руды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В современных системах подземной разработки рудных месторождении выпуск и доставка руды являются наиболее несовершенными и трудоемкими технологическими процессами. Выпуск отбитой руды из очистного пространства осуществляется, как правило, под обрушенными породами или под защитой потолочины, через густую сеть специальных выработок, равномерно расположенных под очистным забоем. Отбитая руда движется в очистном пространстве и выпускных выработках под действием собственного веса.

При разработке мощных рудных месторождений площадь блока на одно выпускное отверстие составляет от 25 до 40 м². Тем не менее, из блока извлекается только 50% чистой руды, что объясняется размерами фигур выпуска, ограниченных в горизонтальном направлении. Для уменьшения засорения отбитой руды выпуск из смежных отверстий ведется последовательно равными или неравными дозами в соответствии с разработанными планограммами. Однако существующие методы выпуска, не обеспечивают выполнения составленных пламограмм из-за постоянных зависаний в горловине выпускных выработок и лавинообразного потока руды при ликвидации этих зависаний, В результате процесс выпуска затягивается и сопровождается высокими потерями и разубоживанием руды, достигающим 20% и более.

Несовершенство выпуска руды под действием собственного веса (самотечный выпуск) и использование на рудниках малопроизводительного доставочно-погрузочного оборудования создают «узкое место» в технологическом комплексе работ современных систем разработки, особенно при использовании перспективных систем с массовой отбойкой руды.

При системах разработки с массовой отбойкой руды, которые относятся к высокопроизводительным, невозможно реализовать преимущества эффективных методов одновременного обрушения десятков тысяч тонн руды в пределах одного блока ввиду того, что производительность доставки составляет всего лишь несколько сот тонн в сутки. Так, лучшие показатели по выпуску руды на передовых отечественных предприятиях (на рудниках им. Губкина, «Молибден», им. С.М. Кирова, «Дегтярский») составляют 150-300 т/смену. На большинстве других предприятий выпуск руды не превышает 100-150 т/смену, что обеспечивает интенсивность выпуска в пределах 0,3-0,4 т/сутки с 1 м² обрушенной площади блока.

Низкая интенсивность выпуска руды особенно неблагоприятно сказывается на ведении горных работ с увеличением глубины разработки при системах с обрушением руды и вмещающих пород. В этих условиях разрыхленная руда в зоне влияния выпускной выработки быстро уплотняется под воздействием развивающегося горного давления, что значительно уменьшает ее подвижность, В результате при выпуске быстро появляются налегающие пустые породы, которые более подвижны вследствие меньшего переуплотнения. По данным исследований, на шахтах Кривого Рога, где около 70% руды добывается системами разработки с обрушением, потери руды в связи с отработкой глубоких горизонтов увеличились на 6-7%. Эти и другие исследования показывают, что увеличение интенсивности выпуска руды до 2,0-2,5 т/сутки с 1 м² обрушенной площади блока значительно снижает потери руды и улучшает условия эксплуатации доставочных выработок в результате уменьшения горного давления на днище блока.

Низкая производительность выпуска руды вызывает необходимость содержания большого фронта добычных работ, что отрицательно сказывается на уровне технического руководства очистными работами, дезорганизует материально-техническое снабжение забоев, способствует увеличению объема вспомогательных работ и их слабой механизации, возрастанию затрат на поддержание выработок и др.

Неудовлетворительная механизация, а также недостаточная концентрация горных работ обусловливают повышенную трудоемкость вспомогательных операций (около 70% общих трудовых затрат на добычу).

Отмеченные недостатки самотечного выпуска руды в значительной мере определяют его высокую трудоемкость. Практика рудников свидетельствует о том, что трудоемкость при выпуске руды достигает 8-15 чел.-смен, на 1000 т, или 36-60% общих затрат труда на очистную выемку. В частности, на рудниках Алтая относительная трудоемкость выпуска и доставки руды составляет 37 - 38%, на рудниках комбината КМАруда 37%, на рудниках Норильского комбината 45-50%, а на шахтах «Магнетитовая» к «Эксплуатационная» Высокогорского рудоуправления 58-59% и превышает относительную трудоемкость первичной отбойки в 1,3-1,4 раза.

В качестве примера, иллюстрирующего соотношение трудоемкости при очистной выемке, можно привести результаты анализа трудоемкости работ на передовом руднике «Молибдена», где трудоемкость выпуска, доставки и транспортирования руды составляет 47,2% общей трудоемкости основных горных работ, тогда как удельный вес подготовки блоков и отбойки руды составляет всего 27,8%. Приведенные значения относительной трудоемкости работ почти совпадают или очень близки к удельным экономическим затратам на выполнение комплекса этих работ. Такое положение объясняется несовершенством применяемой техники, наличием значительного объема ручного труда. Достаточно сказать, что на рудниках цветной металлургии уровень механизации доставки руды на очистных работах составляет 55-70%, а погрузка руды из люков механизирована всего на 50-60%.

Несовершенство существующих методов выпуска и доставки руды приводит к необходимости использования сложных и дорогостоящих конструкций днищ блоков. В современных системах разработки мощных рудных месторождений широко распространены днища блоков с тремя ярусами горных выработок и общей высотой до 18 м. При этом на долю днища приходится, как правило, от 20 до 35% запасов блока. Небольшое сечение и значительная длина выработок обусловливают низкую производительность труда забойных рабочих (2-3 м³/смену) при нарезке днища. Работы по погашению запасов отбитой руды в днище блока трудоемки, опасны и сопровождаются большими потерями руды.

Необходимость сохранения выработок днищ в течение всего периода выпуска руды, который составляет 10-18 месяцев, и многократные взрывы для ликвидации руды требуют значительных средств на поддержание и восстановление выработок днища. Для ликвидации отмеченных недостатков существующих конструкций днищ необходимо изыскивать пути их усовершенствования в сочетании с принципиально новыми средствами механизации.

Существующие методы выпуска руды значительно усложняют ведение работ. Анализ и изучение причин производственного травматизма, выполненные управлениями Госгортехнадзора РСФСР, свидетельствуют о том, что удельный вес травматизма н подземном транспорте рудников в результате несовершенства конструкций и неисправности люков достигает 11-12%.

Увеличение объемов добычи полезного ископаемого и повышение производительности труда возможны при коренном усовершенствовании техники и технологии веления горных работ. Выпуск и доставка отбитой горной массы являются одним из самых трудоемких процессов технологии подземной добычи полезных ископаемых. Расходы на выпуск руды составляют около 50% общих трудозатрат на добычу полезных ископаемых.

До середины пятидесятых годов самым распространенным способам выпуска руды из очистного пространства был выпуск под действием собственного веса или так называемый гравитационный выпуск. Освоение к этому времени отбойки руды глубокими скважинами позволило существенно изменить технологию добычи руд подземным способом. Широкое распространение начали получать системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород на компенсационные камеры, этажнокамерные системы с последующим обрушением целиков и потолочины и системы разработки подэтажными штреками (ортами) с отбойкой руды скважинами и минными зарядами. Это на определенном этапе повысило производительность труда и снизило себестоимость добычи руды. Однако указанные системы разработки характеризовались выходом большого количества крупнокусковой руды, что потребовало высоких трудовых затрат на выпуске и вторичном дроблении руды (40% и более общей трудоемкости системы). Большой фронт очистных работ существенно снижал производительность блока.

Широко применяемые для доставки руды скреперные лебедки, а также машины непрерывного действия с нагребающим погрузочным органом не в полной мере отвечают требованиям, предъявляемым к механизмам для выпуска и доставки кусковатой руды, так как имеют ограниченную зону воздействия на откос выпускаемой из дучки руды. При этом процесс выпуска нарушается частыми остановками из-за зависания руды в устье дучки, что с большой опасностью для горнорабочих устраняется взрывными работами.

Гравитационному выпуску присущи также такие недостатки, как низкая производительность и малый выход чистой руды из блока, сложность оформления днища блока и наличие большого числа зависаний. Кроме того, гравитационный выпуск руды отличается высоким уровнем травматизма рабочих, занятых на выпуске и доставке горной массы.

Указанные недостатки существующих методов выпуска руды и конструкций днищ блоков свидетельствуют о необходимости коренного их изменения. Одним из наиболее перспективных решений данной проблемы, открывающих пути создания действительно высокоэффективных систем разработки, является вибрационный выпуск руды.

Технология добычи руды при одновременном повышении производительности труда может быть усовершенствована путем использования вибромашин, работающих по поточному принципу, одним из условий которого является необходимость обеспечения высокой производительности труда и непрерывности процессов выпуска я доставки руды, которые пока еще резко снижают эффективность систем разработки. С применением вибровыпуска и вибродоставки наметился известный прогресс в решении вопросов выпуска и доставки руды. Вибромашины сочетают в себе новые технологические особенности воздействия их грузоиесушого органа на обрабатываемую сроду и ряд конструктивно-эксплуатационных достоинств. В частности, при вибрации насыпные материалы получают свойство текучести, в них уменьшается проявление внутренних сопротивлений. В то же время грузонесущие органы вибромашин мало подвержены абразивному износу, сами по себе вибромашины просты в конструктивном отношении, не имеют подвижных частей, способны работать под большими нагрузками.

1. Особенности процесса вибровыпуска горной массы

Работами Г.В. Родионова, Н.Г. Дубынина, И.Ф. Гончаревича, А.Я. Тишкова и других исследователей было установлено, что при непрерывном выпуске руды из выпускного отверстия число зависаний в нем и несколько раз меньше, чем при выпуске с остановками. В связи с этим в конце пятидесятых годов рядом научно-исследовательских институтов и организаций были начаты исследования! по изучению и внедрению более прогрессивного вибровыпуска горной массы. Установлено, что существенное отличие вибровыпуска от выпуска под действием собственного веса заключается прежде всего в том, что применяемые при вибровыпуске машины активно воздействуют на горную массу и в результате она приобретает свойство текучести. При этом применяемые средства должны отвечать условиям непрерывного выпуска и иметь значительную зону воздействия на руду в выпускном отверстии. Это позволяет повысить производительность ведения очистных работ на вибровыпуске в несколько раз по сравнению с гравитационным выпуском. Предъявляемым требованиям наиболее полно отвечает выпуск с помощью вибропитателей, которые формируют поток выпускаемой руды, обеспечивают непрерывный и высокопроизводительный ее выпуск. Кроме того, с применением этих машин создаются условия для полной механизации и автоматизации, а также для безопасности работ на выпуске руды из очистных блоков.

Для установления принципиальной возможности выпуска руды в подземных условиях с помощью виброустройств в 1957 г. начали проводиться работы в ИГД им. А.А. Скочинского, ИГД СО АН СССР, Исследования дали положительные результаты, на основании которых были созданы инженерные методы расчета выпускных виброустройств. Дальнейшие исследования вибровыпуска на моделях и промышленных условиях позволили установить следующие особенности:

1) виброустановки обеспечивают принудительный выпуск и транспортировку горной массы, при котором истечение руды происходит по всему сечению выпускного отверстия и в результате наложения вибрации коэффициент проходимости выпускного отверстия может быть снижен до 1,6;

2) виброустановки отличаются высокой производительностью и большой грузонесущей способностью, при этом наиболее эффективным является режим колебаний рабочего органа с амплитудой 2-4 мм и частотой 15 - 20 Гц;

3) наибольшую эффективность вибровыпуск имеет в том случае, если рабочий орган виброустановки внедрен на некоторую глубину под столб сыпучего материала. При этом глубина внедрения не должна превышать 1-2 м;

4) вибровыпуск может эффективно сочетаться как с локомотивной откаткой при скреперной доставке руды в аккумулирующие емкости, так и с самоходным доставочно-погрузочным оборудованием;

5) применение вибровыпуска значительно упрощает конструкцию и на 30-40% снижает трудоемкость оформления днища блока.

2. Область применения вибрационного выпуска руды

Для установления принципиальной возможности применения и изучения основных закономерностей вибрационного выпуска (вибровыпуска) руды выполнен значительный объем исследований, на основании которых разработаны и рекомендованы к внедрению новые схемы днищ блоков и установки для вибровыпуска руды.

Результаты первых экспериментальных исследований вибровыпуска руды на модели, проведенных в лаборатории механизации ИГД СО АН СССР, были опубликованы в работе Г.В. Родионова и др. Задачей исследования являлось изучение основных закономерностей выпуска с вибрацией и без вибрации. Эксперименты вели на модели блока с одним выпускным отверстием, выполненным в масштабе 1/10 натуральной величины. Для удобства наблюдений три стенки ящика, моделировавшего блок, были изготовлены из толстого стекла, В деревянном днище ящика имелось прямоугольное выпускное отверстие с задвижкой. Внутри модели вплотную к одной из сторон выпускного отверстия устанавливали вибрирующую площадку с частотой колебаний в минуту 2400 и амплитудой 2 мм под различными углами наклона к горизонту. В качестве насыпного материала использовали гранитный щебень. При заполнении ящика в щебень закладывали нумерованные керамические жетоны, с помощью которых были установлены траектории и скорость движения отдельных частиц материала, а также определена последовательность их выхода из выпускного отверстия.

Исследования показали, что вибровыпуск руды отличается большой интенсивностью и равномерностью. При этом эллипсоиды выпуска менее вытянуты и несколько наклонены в сторону вибрирующей площадки. Объем выпущенной руды до начала разубоживания при вибровыпуске на 30-35% больше, чем при обычном выпуске, Наиболее эффективный угол наклона вибрирующей площадки к горизонту составляет 45°, Вибровыпуск значительно увеличивает проходимость выпускных отверстий и практически не влияет на интенсивность проникновения покрывающих пород в обрушенную руду. Дальнейшее исследование вибровыпуска руды в лаборатории механизации ИГД СО АН СССР проводили на полупромышленном образце виброустановки, изготовленном на экспериментальном заводе института Сибгипрогормаш. Целью этих исследований было выявление не только качественных, но и некоторых количественных зависимостей между параметрами колебаний виброустановки и производительностью выпуска руды.

Результаты проведенной экспериментальной работы позволили установить, что удовлетворительный выпуск руды происходит при частоте колебаний в минуту от 500 до 1000 и амплитуде не менее 2-3 мм.

Данные лабораторных экспериментальных исследований были использованы в дальнейшем при создании систем разработки с вибровыпуском руды, а также при составлении технического задания на проектирование вибрационных доставочно-погрузочных установок ВДПУ, принципиальное устройство и результаты испытаний которых изложены ниже.

В 1960-1961 гг., в ИГД им. А.А. Скочинского были проведены исследования по вибровыпуску руды, было экспериментально установлено влияние вертикальных колебаний на изменение эффективных коэффициентов трения и величину углов самотечного движения насыпных материалов. Исследования проводили при амплитудах колебаний А = 2,0; 2,5 и 4,5 мм с изменением частоты колебаний в минуту в диапазоне от 300 до 900.

Выполненная работа позволила сделать вывод о том, что вибрация значительно уменьшает величину предельных углов самотечного движения и резко снижает эффективные коэффициенты трения. Например, при ускорении колебаний порядка 2g высота пропускного отверстия фактически увеличивается в два раза по сравнению с выпуском руды под действием собственного веса, а эффективные коэффициенты трения в определенных условиях уменьшаются до 10% их значений при отсутствии вибрации.

Для выявления принципиальной возможности и общей характеристики вибровыпуска были проведены экспериментальные исследования на лабораторной модели, выполненной в масштабе 1:10. Вибромеханизм лабораторной модели (виброустановки для выпуска руды) состоял из грузонесущего органа, упругой системы из пружин и резинометаллических упругих элементов прикрепленных к опорной раме. Установка приводилась в действие вибратором типа самобаланс. Грузонесущий орган виброустановки для выпуска руды включал лоток, по которому транспортировалась выпущенная руда, и опережающие шпунты, предотвращающие зависание ее в выпускном отверстии модели.

Угол вибрации грузонесущего органа виброустановки для выпуска руды составлял 20°, размах колебаний (двойная амплитуда) процессе эксперимента изменялся от 1 до 5 мм, а частота - от 350 до 2200 колебаний в минуту. Одним из результатов этих исследований явилась разработка научно обоснованных рекомендаций по созданию инженерного метода расчета выпускных виброустройств. На основании анализа существующих методов выпуска руды и данных, полученных при исследовании, были сделаны следующие выводы:

1) свободное истечение руды из выпускного отверстия в боковую приемную выработку можно обеспечить, используя действие сил тяжести в сочетании с вибрацией;

2) принципиально возможна надежная работа виброустройства высокой производительностью в условиях больших нагрузок. Производительность вибровыпуска руды зависит от угла наклона и режима колебаний грузонесущего органа. Устойчивая работа виброустройства для выпуска руды возможна на далеко зарезонансном режиме и при амплитуде 2-4 мм;

3) при вибровыпуске через выпускное отверстие могут свободно проходить куски руды в 2-2,5 раза большего размера, чем при самотечном выпуске. При использовании виброустройства типа вибропитателя, обеспечивающего активную выдачу отбитой руды, пропускное отверстие может быть практически равно высоте выпускного окна;

4) величина потребляемой виброустановкой для выпуска руды мощности невелика. Уменьшение частоты колебаний грузонесущего органа до 1000-1400 в минуту обеспечивает достаточно высокую производительность вибровыпуска при заметном снижении потребляемой виброустановкой мощности и увеличении безаварийного срока службы виброустройства;

5) упругая система из резинометаллических амортизаторов, работающих на сдвиг, надежна в эксплуатации и обеспечивает необходимую направленность колебаний грузонесущего органа.

Сравнение вибровыпуска, осуществляемого при различных вибрационных режимах и параметрах грузонесущих органов, с выпуском без вибрации показало:

1) производительность вибровыпуска в несколько раз превышает производительность самотечного выпуска. Свободное истечение руды из отверстия при вибровыпуске происходит с коэффициентом проходимости 1,6, вместо 3,5 при выпуске без вибрации;

2) истечение руды при вибровыпуске происходит по всему сечению выпускного отверстия без образования неподвижной рудной постели;

3) зона влияния выпускного отверстия на сыпучую среду расширяется под влиянием вибрации, в результате чего объем выпускаемой руды до начала разубоживания возрастает. В зависимости от вида сыпучего материала и высоты выпускаемого слоя коэффициент увеличения объема в выпускаемой руды при проведении исследований изменялся от 1,1 до 2,0, что позволяет в системах разработки с вибровыпуском рекомендовать повышенные площади блока на одно выпускное отверстие;

4) технологические показатели движения сыпучей среды при вибровыпуске (объем выпущенной руды до начала разубоживания, зона разрыхления и воронка внедрения пустых налегающих пород) значительно улучшаются с увеличением ширины грузонесущего органа виброустановки и глубины его внедрения в очистное пространство. На основании этого можно предположить, что в системах разработки с торцовым выпуском при достаточной длине и ширине грузонесущего органа виброустройств для выпуска руды можно увеличивать шаг обрушения, а в системах разработки с площадным выпуском - увеличивать расстояние между выпускными отверстиями;

5) вибровыпуск руды успешно осуществляется при незначительном наклоне (0-8?) грузонесущего органа к горизонту;

6) параметры вибрации (амплитуда и частота) грузонесущего органа влияют на истечение руды из выпускного отверстия и показатели выпуска.

Лабораторные исследования торцевого вибровыпуска руды проведены в институте ВНИИЦветмет. Исследования выполняли на модели, изготовленной в масштабе 1: 25. В результате исследования установлено, что под воздействием вибрации выпуск руды резко интенсифицируется и коэффициент проходимости выпускного отверстия увеличивается в 1,5-2 раза.

На основании проведенных экспериментов было установлено, что виброимпульсы по мере распространения в руде затухают. Так, в лабораторной установке виброимпульсы уменьшились вдвое на высоте 10 см от вибрирующей поверхности.

Как показали исследования, существует предел увеличения глубины внедрения грузонесущего органа виброустановки, выше которого производительность выпуска не увеличивается. В опытах на модели этот предел составил 100 мм, или приблизительно 2,5 м в натуре, в результате математической обработки экспериментальных данных установлено, что на качественные показатели торцевого вибровыпуска руды одновременно влияют глубина внедрения вибропитателя, толщина, высота и угол наклона выпускаемого слоя руды. При торцовом вибровыпуске руды, по данным института ВНИИЦветмет, рекомендуется принимать глубину внедрения грузонесущего органа виброустановки 2-3 м, толщину склон 3-4 м, высоту слоя 20-30 м и угол наклона слоя к горизонту 80-90?.

Положительные результаты рассмотренных лабораторных следований послужили основанием для создания новых систем разработки с вибровыпуском руды.

Сотрудники лаборатории систем разработки рудных месторождений ИГД СО АН СССР совместно с инженерно-техническими работниками Кузнецкого металлургического комбината предложили более совершенную систему разработки - камерную систему с двухарочной потолочиной и вибровыпуском руды. В основу этой системы были положены следующие требования: обеспечение высокой месячной производительности блока, создание условий для непрерывной отбойки руды и резкого повышения производительности выпуска руды в результате использования выпускных виброустройств.

Для оформления днища блока на уровне кровли откаточного штрека через 15 м под углом 15-18° к горизонту проходят наклонные выработки, в которых монтируют вибрационные доставочно-погрузочные. С конца этих выработок и перпендикулярно к ним в обе стороны проходят дучки, которые затем разделывают в выпускные воронки. Камера на высоте 12 м от подошвы откаточного орта подрезается глубокими скважинами или мелкошпуровым способом на высоту 2 м.

Предложенной системой разработки был отработан опытный док на руднике «Темир-Тау».

Результаты предварительных испытаний камерной системы разработки с двухарочной потолочиной и вибровыпуском руды поваляют предположить снижение затрат на 1 т добываемой руды до 0,4 руб. за счет снижения стоимости выпуска, уменьшения потерь, снижения накладных расходов и пр.

Проведенные в ИГД им. А.А. Скочинского исследования позволили разработать серию конструкций днищ блоков с вибровыпуском руды. Было установлено, что вибровыпуск позволяет максимально упростить конструкцию днищ блоков путем применения плоских днищ, в которых совмещены горизонты доставки, выпуска подсечки.

Так, для системы этажного принудительного обрушения с компенсационными камерами и площадным выпуском вместо распространенного на рудниках воронкообразного днища блока с дучками низкой подсечкой из воронок рекомендуется плоское одноярусное с траншейной подсечкой.

В результате значительного упрощения конструкции и увеличения площади блока на одно выпускное отверстие при вибровыпуске руды объем выработок плоского днища для условий Дегтярского рудника по расчету составляет 1,8 м³ на 1 м² площади блока, что в три раза меньше соответствующих показателей днищ существующих конструкций. Вибровыпуск руды может осуществляться с непосредственной погрузкой в вагонетки.

Одноярусное днище блока имеет в этом случае минимальное количество выработок.

Для резкого снижения подсечки блока был разработан новый метод, напоминающий выемку камер в камерно-столбовых системах разработки с применением высокопроизводительного оборудования.

Простая и эффективная конструкция плоского днища может быть использована также в сочетании с вибровыпуском в системах этажного принудительного обрушения со смещенными по вертикали смежными блоками ромбоидально формы, применение которых может резко увеличить извлечение руды и еще более упростить конструкцию днищ блоков.

При разработке крутопадающих рудных тел средней мощности может быть рекомендовано днище, состоящее из подсечного штрека и ниш для грузонесущих органов, выходящих непосредственно на откаточный горизонт. При этом угол наклона почвы очистного забоя горизонту составляет для систем с открытым очистным пространством 45-50°, для систем с магазинированием 55-60° и для систем с обрушением руды и вмещающих пород 70-75°. Вибровыпуск руды с внедрением грузонесущего органа виброустройства под навал можно успешно применять в системах с торцовым выпуском руды и отбойкой на зажатую среду. Это позволит не только резко улучшить истечение руды, но и увеличить шаг обрушения, расстояние между доставочно-выпускными выработками, а также значительно улучшить показатели по извлечению руды.

Анализируя результаты научно-исследовательских работ в области создания систем разработки с вибровыпуском руды, можно отметить следующее:

1) вибровыпуск руды из блоков позволит улучшить качественные показатели извлечения, значительно увеличить интенсивность добычи и обеспечить большую безопасность работ в результате предотвращения зависаний и застреваний руды в непосредственной близости от грузонесущего органа;

2) разработанные простые и эффективные конструкции днищ блоков (рис. 1,2,3,4) с вибровыпуском руды позволяет резко сократить эксплуатационные расходы на поддержание выработок днища блока и в несколько раз уменьшить трудоёмкость его образования;

3) возможность коренного улучшения существующей технологии выпуска руды и конструкций днищ блоков делает особенно актуальной проблему создания надежных и производительных выпускных виброустройств, обеспечивающих высокий технико-экономический эффект в сложных горногеологических условиях подземной разработки рудных месторождений.

руда вибровыпуск доставка камерный

3. Анализ вибромашин, применяемых для выпуска и доставки руды

Первые публикации о расчетах и применении конструкций вибропитателей совпали по времени с постановкой задачи о разработке подобных устройств для условий северной группы рудников Кривбасса. Поэтому параллельно с перечисленными организациями начали разрабатываться методы расчета и конструкции различных вибрационных достаточных машин в Днепропетровском горном институте совместно с рядом проектных организаций, а впоследствии в Институте геотехнической механики АН УССР. В процессе проводимых исследований изучался опыт создания вибромашин в других организациях, начавших интенсивные исследования в этой области, в частности во ВН ИИцветмете, Гипроникеле, НИИКМА, НИГРИ, НИПИгормаше и др.

Анализ результатов работ, выполненных указанными организациями, показал, что до середины шестидесятых годов не было создано надежных конструкций вибромашин, отвечающих условиям подземной эксплуатации. При их разработке к этому времени определились два основных тина установок:

установки, в которых вибрация используется только для уменьшения сил внутреннего трения в руде и снижения угла ее самотечного движения;

установки, в которых вибрация не только снижает угол самотечного движения руды, но и обеспечивает принудительное перемещение ее по грузонесущему органу.

К настоящему времени различными институтами и проектными организациями создано свыше пятидесяти типов вибропитателей и конвейеров. Большинство машин имеет незначительные отличия в кинематической схеме, заключающиеся в геометрических, конструктивных параметрах и технических характеристиках, анализ которых позволил приблизиться к выбору рациональных параметров при проектировании вибромашин для конкретных условий эксплуатации. Более подробный анализ целесообразно провести только для вибромашин и механизмов, выпускаемых серийно и прошедших широкую промышленную апробацию в различных горнотехнических условиях эксплуатации.

Наиболее распространенной для прямого выпуска при камерных системах разработки стала простейшая конструкция виброплощадки ВДПУ-4ТМ, созданная ИГД СО АН СССР. Технологический эффект ее основан на снижении углов самотечного движения руды под влиянием вибрации. Виброплощадка устанавливается под углом 17-22?, так как имеет низкую транспортирующую способность при меньших углах. Это усложняет ее эксплуатацию, создает небезопасные условия при выпуске руды и в процессе ликвидации зависаний. Для предотвращения вывалов руды необходима установка затворов, отказ которых вызывает отказ всей системы выпуска. Применение неуправляемых затворов снижает техническую производительность, повышает износ грузонесущего органа и энергоемкость. При этом плохо удерживается мелкая обводненная горная масса. Виброустановка ВДПУ-4ТМ трудоемка в монтаже, проста в изготовлении и сравнительно с виброустройствами этого класса недорога, поэтому широко применяется и изготавливается серийно Востокмашзаводом (Усть-Каменогорск) и Магнитогорским заводом по ремонту горного и металлургического оборудования. Благодаря простоте конструкции виброплощадки ВДПУ-4ТМ изготавливаются на ряде рудоремонтных заводов.

Опыт эксплуатации виброплощадки ВДПУ-4ТМ на шахте «Октябрьская» рудоуправления им. Коминтерна а Кривбассе и на других шахтах показал, что ее применение позволяет повысить производительность труда по отношению к равитационному выпуску в 2,5-4 раза и снизить себестоимость добычи. Основные преимущества виброплощадки - простота конструкции, относительно низкая себестоимость, способность выдерживать большие нагрузки и работать в условиях почти полного завала. Недостатками этой конструкции являются большой угол наклона рабочего органа, когда неудовлетворительно выполняются функции люка, низкая надежность привода, значительная трудоемкость монтажных и демонтажных работ, неудовлетворительное формирование грузового потока и зависимость его от физико-механических свойств руды, наличие просыпей в выпускной нише, большая металлоемкость монтажных работ.

Несмотря на указанные недостатки, применение ВДПУ-4ТМ позволило повысить эффективность выпуска руды из блоков и в широких промышленных масштабах показать преимущества вибрационного способа выпуска руды.

В настоящее время в этих условиях применяются более совершенные вибромашины, например на шахте им. И.М. Губкина комбината «КМАруда и на шахте «Эксплуатационная» Запорожского железорудного комбината используется вибропитатель ВВДР-5 конструкции НИИКМА, а на рудниках Кривбасса - вибропитатели типов АШЛ и ПВГ

Вибропитатель ВВДР-5 имеет высокие эксплуатационные показатели и лишек недостатков, свойственных виброплощадке ВДПУ-4ТМ. Основным ограничением в широком использовании ВВДР-5 являются его значительные габариты и металлоемкость, что затрудняет доставку машины в шахтных условиях и ее монтаж под выпускным отверстием. Затраты на установку и эксплуатацию такой машины оправдываются при использовании ее для выпуска руды длительное время в блоках, запасы которых составляют более 100 тыс. т.

Для выпуска из рудоспусков до недавнего времени серийно изготавливался автоматический шахтный люк АШЛ, конструктивно выполненный подвухмассной схеме. Он имеет значительную массу, достаточно большие угол наклона и стоимость. При изменениях давления рудного столба, присущих выпуску из рудоспусков, АШЛ показал неустойчивую амплитудно-частотную характеристику, что отрицательно сказывается на процессе выпуска руды.

Вибролюки АШЛ выпускаются серийно по 150-200 шт. в год и используются не только на рудниках Кривбасса, но и на предприятиях цветной металлургии, например на рудниках Норильского комбината, Салаирского рудоуправления, где 75% руды из рудоспусков выпускается вибропитателямп АШЛ. Промышленный опыт их эксплуатации указал на основные недостатки; неэффективность применения двухмассной схемы для условий работы под завалом, низкий срок службы из-за интенсивного износа и ненадежности работы привода, наличие просыпей руды на откаточную выработку.

НИГРИ совместно с ВНИПИрудмашем была улучшена конструкция машины и в 1977 г. сдана межотраслевой комиссии под названием 1АШЛ, после чего начался ее серийный выпуск.

Вибропитатель 1АШЛ в значительной степени лишен этих недостатков. Промышленная эксплуатация 12 таких вибропитателей показала, что они более надежны в работе и имеют более высокую производительность. Наряду с вибролюками АШЛ, 1АШЛ на предприятиях цветной металлургии успешно используются вибролюки ЛВР-2АЭ, ЛВР-2АП, ПВГ - 1,2/3,1 и виброленты БЛР-1, ВЛР-2, ВЛР-3.

При системах с магазинированием, а также при выпуске незначительных объемов руды с одной выработки, например при разработке жильных месторождении, используются в настоящее время виброленты ВЛЖ-1М. Принцип работы виброленты основан на создании в рабочем органе продольных изгибных колебаний в виде «бегущей волны». Для этого силовой импульс, воздействующий на достаточно гибкую металлическую ленту, подается от вибровозбудителя - мотор-вибратора ИВ-21А, расположенного на разгрузочном конце. «Бегущая волна» вызывает интенсивные колебания разгрузочного конца ленты, которая является рабочим органом, и этим снижается угол самотечного движения руды. ВДПУ-4ТМ устанавливается под значительным углом (15-20°) на опорную раму. Такое конструктивное выполнение виброленты требует при выпуске руды большого расхода мощности, причем значительная часть вибрации передается на опорную конструкцию. Загрузочная часть виброленты из-за большого угла установки поднята, что приводит к уменьшению активного сечения выпускного отверстия и в конечном счете вызывает повышенное число зависаний.

Виброленты ВЛЖ-1М с 1972 г. выпускаются серийно Востокмашзаводом и применяются на комбинатах «Узбек-золото», «Каззолото», Хрустальненском, Губкннском. Наряду с ВЛЖ-1М используются вибролюки «Ермак-3», ЛВО-2Э, ЛВО-2П, выпускаемые Оленегорским механическим заводом. Они нашли применение на рудниках цветной металлургии, где позволили повысить производительность на погрузке в 2-2,5 раза, в 3 раза сократить число зависаний, увеличить интенсивность ведения работ в блоке, улучшить условия труда и уменьшить травматизм. Опыт эксплуатации перечисленных вибролюков в условиях Кривбасса для отработки блоков отсутствует.

Большое внимание уделяется созданию комплексов вибромашин, позволяющих совместить вибровыпуск руды и ее доставку до основных транспортных средств (откаточный горизонт участка). Применение виброкомплексов целесообразно в условиях добычи руды с повышенной опасностью, например, при слабых вмещающих породах, при высокой трещиноватости руд, когда существует повышенная опасность вывалов. Наиболее известными комплексами которые прошли промышленную апробацию, являются разработанные во ВНИИцветмете КВВ-2 и КВВ-3, НИГРИ АВР-3 и комплекс НИПИгормаша. Эти комплексы объединяют машины и устройства для выпуска руды и различной конструкции доставочные конвейеры. Промышленные испытания комплексов показали, что основными их недостатками являются: большая металлоемкость, высокие трудозатраты на монтаж, низкая надежность, неудовлетворительная работа доставочных конвейеров, высокая стоимость. С учетом высокой производительности виброкомплексов, большого объема подготовительных работ при их установке определена целесообразность использования виброкомплексов при отработке блоков с большим запасами руды (более 100 тыс. т) при влажности до 5%-применение виброкомплексов позволяет повысить производительность выпуска, значительно сократить объем проходческих подготовительных работ, сократить травматизм. Перечисленные недостатки указанных конструкций не позволяют приступить к серийному изготовлению и использованию, так как требуют дальнейшей доработки.

Совершенствование существующих вибромашин и комплексов направлено на достижение следующих показателей:

1) уменьшение металлоемкости, облегчение монтажа и демонтажа машин на участке выпуска;

2) повышение надежности машины в целом в условиях длительной эксплуатации поточного производства, при этом её узлы (привод, упругая подвеска, рабочий орган) требуют конструктивного совершенствования;

3) выбор оптимального режима колебаний рабочего органа в зависимости от условий выпуска и характеристик горной массы;

4) создание мобильных высокопроизводительных комплексов секционированного типа, позволяющих варьировать длиной доставки;

5) простота конструкции, низкая себестоимость и удобство обслуживания.

На протяжении длительного времени параллельно с перечисленными организациями велась разработка вибромашин для выпуска и доставки руды в условиях северной группы рудников Криворожского бассейна с учетом горно-геологических и горнотехнических условий залегания и разработки месторождения. В процессе работы над вибромашинами авторы знакомились с уже созданными или параллельно создаваемыми новыми конструкциями других институтов, при этом использовались наиболее удачные рациональные конструктивные решения и отрабатывалась методика расчета различных параметров вибромашин и системы выпуска. В результате был разработан параметрический ряд вибромашин, удовлетворяющих практически всем условиям залегания к отработки месторождений. Разработка отраслевого стандарта на созданный ряд вибромашин находится на стадии завершения.

4. Технико-экономический анализ вибрационных доставочно-погрузочных машин

В нашей стране для выпуска и доставки руды создано более пятидесяти различных конструкций вибрационных питателей и конвейеров. По своим конструктивным особенностям вибромашины могут быть сгруппированы следующим образом:

К I группе относятся вибропитатели и комплексы для прямого выпуска руды из очистного пространства при отработке мощных и средней мощности рудных залежей. К ним относятся ВДПУ-4ТМ; БВДР; ПВР - 4,5/1,6; ВПР-ЗМ; КВС; КВГС-1; ПВО - 1,4/7,0. Рабочие органы вибромеханизмов ВДПУ-4ТМ; ВВДР; ПВР - 4,5/1,6 выполнены неразборными, что ухудшает их транспортабельность и усложняет монтаж. Рабочий орган питателя ВПР-ЗМ состоит из трех секций, соединенных болтовым креплением. Вибрационные секционированные машины КВГС-1 и КВС состоят из отдельных секции, число которых определяется длиной транспортирования горной массы. Они могут работать под глубоким завалом, т.е. осуществлять щелевой выпуск руды (ширина щели 2 - 2,5 м, длина 4 - 6 м), что значительно снижает число зависаний горной массы.

Ко II группе относятся вибропитатели АШЛ; ВПК-1; ЛВР-2А; ПВГ - 1,0/2,2 (ВПР-5); ПВГ - 1,2/ЗД (ВПР-4); ПВР - 3,0/1,3, которые могут быть использованы для выпуска горной массы из очистных блоков при наличии горизонта вторичного дробления, а также при выпуске горной массы из рудоспусков. Виброустановки ВЛ-2М и ВЛ-3 используются для выпуска из дучек блока на горизонт скреперования, что позволяет снизить число зависаний горной массы в дучках и повысить производительность скреперных установок.

III группа питателей используется при отработке маломощных и жильных месторождений, а также при проведении горных выработок: ЛВО-2; ВЛЖ-1М; ВЛР-2;

ВЛР-3; ПВМ - 1,0/1,5, ПВМ - 1,0/2,3.

С целью выбора наиболее рационального типа виброустановки (ВДПУ-4ТМ, ВПР-3М) для выпуска и погрузки горной массы приводится их технико-экономическое сравнение (табл. 2). Расчет выполнен по сопоставимым статьям затрат. В расчете не учтены эксплуатационные затраты.

Опыт эксплуатации виброустановки ВДПУ-4ТМ показал, что они требуют установки грузонесущего органа под большим углом (16-22°), однако это не исключает самопроизвольного скатывания кусков руды. Для предотвращения просыпания и скатывания кусков руды на почву выработки эти установки требуют специальных запорных устройств, которые снижают производительность выпуска При сравнении вибромеханизмов для выпуска руд блоков через горизонт вторичного дроблений или рудоспуск объемы ГПР (горнопроходческих работ) в днище и производительность на выпуске приняты одинаковыми.

Объем ГПР в днище блока при прямом выпуске составляет 850 м³_, а с горизонтом вторичного дробления - 1440 м³.

Опыт эксплуатации вибролент ВЖЛ-1М и ВЛР-1 руднике «Хрустальный» показал, при выпуске горной массы с гранулометрическим составом 200 мм увеличилось число зависаний по сравнению с металлическим люком обычной конструкции в 3,5 раза составило девять зависаний на каждые десять погруженных вагонов емкостью 0,8 м³. Поэтому виброленты ВЖЛ-1М и ВЛР-1 экономически целесообразно применять при выпуске горной массы мелкой фракции с небольшими объёмами в одном пункте погрузки, в остальных случаях при длине транспортирования до 1,5 м применять малогабаритный питатель ПВМ - 1,0/1,5, а при длине транспортирования более 1,5 м - ПВМ - 1,0/2,3.

5. Определение производительности и трудоёмкости по выпуску руды

Определение сменной производительности вибропитателя:

, где:

- продолжительность смены (7 час.),- время на вспомогательные работы по ликвидации зависаний руды, вторичному дроблению негабарита, и проветривание;

- время на подготовительно-заключительные операции и простои из-за отсутствия порожняка, электроэнергии и т.п.; - время на перестановку вагонеток при прерывной погрузке N числа вагонеток.

ВПР-3М

ВДПУ-4ТМ

Площадь одной воронки:

Объём руды выпущенной через воронку:

Определение трудоёмкости по выпуску руды:

ВПР-3М



ВДПУ-4ТМ

6. Определение экономических показателей вибровыпуска руды

Заработная плата

Профес-	Тс,	Пр,	Прем,	ПД,	ОЗП,	ДЗП,	ДРК	ДПК	УДЗ	Т	Zзп,
сия	руб./ см	руб./ см	руб./ см	руб./ см	руб./ см	руб./ см	руб. см	руб./ см	руб./ см	чел. смен	руб.
Машинист (ВПР-3М)	50,4	5,04	10,8	2,52	68,76	17,19	20,16	30,24	136,35	5,6	763,56
Машинист (ВДПУ-4ТМ)	50,4	5,04	10,8	2,52	68,76	17,19	20,16	30,24	136,35	11,3	1540,75

Себестоимость выпуска руды по статье зарплата (ВПР-3М)	Zзп/Qвып = 0,025 р/т
Себестоимость выпуска руды по статье зарплата (ВДПУ-4ТМ)	Zзп/Qвып = 0,05 р/т

Материалы

Материалы	Ед.изм.	Общ. кол-во.	Цена ед., руб./изм.	Общая цена.
ВПР-3М
Бетон		12	1500	18000
Анкерные болты	Шт.	46	4	184
Доски		-	100	-
Брус		0,4	160	64
Всего затраты составили	18248
Неучтённые материалы	912,4
Сумма затрат	19160,4
Себестоимость выпуска руды по статье материалы	Zмат./Qвып=0,6 р/т
ВДПУ-4ТМ
Бетон		2	1500	3000
Анкерные болты	Шт.	20	4	80
Доски		20	100	2000
Брус		5	160	800
Всего затраты составили	5880
Неучтённые материалы	294
Сумма затрат	12054
Себестоимость выпуска руды по статье материалы	Zмат./Qвып=0,4 р/т

Энергия

Название оборудования	Мощность дв. кВТ/час	Стоимость энерг., р/кВТ	Время работы, Смен.	Zэн. руб.
Вибропитатель ВПР-3М	27	1	5,6	1058,4
Вибропитатель ВДПУ-4ТМ	20	1	11,3	1582

Себестоимость выпуска руды по статье энергия (ВПР-3М)	Zэн/Qвып = 0,035 р/т
Себестоимость выпуска руды по статье энергия (ВДПУ-4ТМ)	Zэн/Qвып = 0,052 р/т

Амортизация

Тип	Кол-во,	Цена,	Годовые армот. отчисл.	Тсм	Отчисл. на смену,	t,	Zам,
оборудования	шт.	Руб./шт.	руб./год		руб.	смен	руб.
Вибропитатель ВПР-3М	1	40000	10000	915	10,93	5,6	61,21
Вибропитатель ВДПУ-4ТМ	1	21000	5250	915	5,74	11,3	64,86

Себестоимость выпуска руды по статье амортизация (ВПР-3М)	Zам/Qвып = 0,002 р/т
Себестоимость выпуска руды по статье амортизация (ВДПУ-4ТМ)	Zам/Qвып = 0,0021 р/т

Общая себестоимость

Общая себестоимость (ВПР-3М)	Zс.= 0,025+0,6+0,035+0,002+5%=0,63 р/т
Общая себестоимость (ВДПУ-4ТМ)	Zс.= 0,05+0,4+0,052+0,0021+5%=0,52 р/т

Вибромеханизмы на выпуске позволяют создать новый принудительный метод выпуска, при котором резко улучшается истечение руды, прекращается зависание руды в горловине выпускной выработки, значительно возрастает производительность. Выпуск руды из блока становиться равномерным, легко управляемым, что способствует улучшению показателей по извлечению.

Список литературы

1. «Вибрационные установки для выпуска руды» (Гончаревич И.Ф., Вихнович О.Л.; Москва, Наука, 1967 год).

2. «Вибрационные машины для выпуска и доставки руды» (В.Н. Потураев, В.И. Дырда, О.К. Авдеев).

3. «Вибрационная доставочно - погрузочная установка «Сибирячка» (ВДПУ-4ТМ)» (Власов В.Н., Новосибирск, Наука, 1968 год).

Размещено на Allbest.ru