автореферат диссертации по , 05.00.00, диссертация на тему:Исследование вибрационных секционированных конвейеров для выпуска руды из блоков

Московский ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочный институт им.С.Орджоникидзе

ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРАЦИОННЫХ СЕКЦИОНИРОВАННЫХ КОНВЕЙЕРОВ ДЛЯ ВЫПУСКА РУДЫ ИЗ БЛОКОВ

ДИССЕРТАЦИЯ

представленная на соискание ученой степени кандидата технических наук

К

Аспирант УЧИТЕЛЬ А.Д

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

Н.В.ТИХОНОВ

г.Моеива

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ '

Глава I. АНАЛИЗ ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПРИМЕНЕНИЯ ^ И КОНСТРУКЦИЙ ВИБРОМАШИН ДЛЯ ВЫПУСКА ГОРНОЙ ' МАССЫ. СОСТОЯНИЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ

§ I. Горнотехнические условия применения вибромашин, элементы систем разработок

§ 2. Обзор и анализ конструкций виброконвейеров, применяемых в СССР и за рубежом

§ 3. Краткий обзор выполненных работ по исследованиям вибрационного выпуска горной массы

§ Краткий обзор выполненных работ по исследованиям динамики вибрационных конвейеров и питателей

ВЫВОДЫ

Глава П. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАБОЧЕГО ОРГАНА СЕЩИОНИ- М РО ВАНН ОГО ВДЕРО КОНВЕЙЕРА С МАТЕРИАЛОМ В УСЛОВИЯХ ЗАВАЛА

§ I. Методика экспериментальных исследований

§ 2, Результаты экспериментальных исследований. Физика процесса

§ 3. Методика теоретических исследований. Математичесная модель процесса

ВЫВОДЫ

Глава Ш. ДИНАМИКА ВИБРАЦИОННОГО КОНВЕЙЕРА С $9

МАЯТНИКОВЫМ ПРИВОДОМ

§ I. Методика теоретических исследований

§ 2. Экспериментальные исследования

§ 3. Характеристики вибрационных конвейеров в неустановившихся режимах

ВЫВОДЫ

Глава и. ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ НАДЕЖНОСТЬ СЕКЦИОНИРОВАННЫХ ШБРОКОНВЕЙЕРОВ. МЕРОПРИЯТИЯ ПО УВЕЛИЧЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ И ДОЛГОВЕЧНОСТИ

§ I. Экспериментальная оценка надежности вибрационных конвейеров

§ 2. Мероприятия по увеличению надежности и долговечности вибрационных секционированных конвейеров

§ 3. Мероприятия по совершенствованию

технических показателей вибрационных конвейеров. Показатели стандартных секционированных конвейеров

ВЫВОДЫ

Глава У. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ВЫПУСКА И ДОСТАВКИ РУДЫ ВИБРАЦИОННЫМИ СЕКЦИОНИРОВАННЫМИ КОНВЕЙЕРАМИ

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЯ

/

ВВЕДЕНИЕ

Задача значительного увеличения объемов производства РУД черных и цветных металлов и горнохимического сырья, выдвинутая в решениях ХХШ съезда КПСС, требует развития и совершенствования систем подземной разработки полезных ископаемых на основе комплексной механизации и автоматизации основных производственных процессов.

Создание условий, при которых могло бы быть осуществлено поточное производство, характеризуемое высокой концентрацией и интенсивностью работ, является основной проблемой для горнорудных предприятий* Очевидно, что существующее оборудование, осуществляющее выпуск и доставку горной массы - скреперные лебедки - не может в полной мере решить эту проблему. Это связано с самим способом осуществления ими рабочего процесса: доставка принудительная, а выпуск свободный, неуправляемый с весьма ограниченным воздействием скрепера на выпускное отверстие. Кроме того, практика показала, что производительною скреперных лебедок имеет предел - 300 т/смену для лебедок мощностью 55 квт и 550 -600 т/смену для лебедок мощностью 100 квт. При этом объем, трудоемкость и стоимость проходки выработок днища блока остаются весьма высокими, а интенсивность выпуска невелика (0,5 т/с м2 в сутки).

Требования к интенсификации и концентрации выпуска руды еще более высоки в случаях, когда отработка залехей полезных ископаемых связана с переходом на значительные глубины, где проявления горного давления весьма значительны, а затраты на поддержание выработок днища блока резко

сказываются на себестоимости руды (например, в условиях Кривбасса).

Б целях концентрации и интенсификации очистных работ на рудниках черной, цветной и горнохимической промышленности все более широко применяются различные типы вибрационных питателей и конвейеров для выпуска руды и доставки ее в пределах очистного блока* Однако, как правило, параметры и конструктивные схемы новых вибромашин не приведены в соответствие с особенностями конкретных горных условий, что значительно понижает эффективность их применения.

На наш взгляд,*вибропитателям и конвейерам, применяемым для выпуска и доставки руды, должны быть предъявлены три следующих основных требования, выполнение которых резко увеличит эффективность их применения:

I. Вибрационная машина должна обеспечивать достаточно высокую хехничеакую производительность ( м3/мин), увязанную с возможностями буровзрывных работ и откаточных средств так, чтобы гарантировать получение максимальной сменной производительности очистного забоя при минимальных затратах на выпуск и максимальном коэффициенте использования машин. При этом следует учесть, что при современном состоянии механизации добычи руд возможности буровзрывных работ значительно превышают возможности очистного оборудования. Производительность отбойки ( с учетом бурения скважин) составляет в среднем по ряду рудников 500-900 т/смену и постоянно повышается, в то время как среднесменная производительность очистных механизмов составляет 250-550 т/смену. Таким образом, ограничение на производительность очистного оборудования (вибромашин) накладывается в основном возможностями откаточных средств.

2. Вибрационная машина должна гарантировать стабильность производительности в различных горнотехнических условиях, а также при изменении гранулометрического состава материала и его давления на транспортирующую поверхность,

3. Вибрационная машина должна обеспечивать выпуск материала по всему сечению выпускного отверстия, улучшая общесистемные показатели (объем выпуска чистой руды) как за счет интенсификации выпуска, так и за счет реализации заглубления машины под выпускное отверстие.

Первому из вышеназванных требований вполне удовлетво-. ряют вибрационные питатели и конвейеры известных конструкций, как транспортирующие, (УВР, ВВР, ВКВС и др.)* так и побуждающие (ВДПУ, ВЛ). Практика показывает, что для удовлетворения требований 2 и 3 вибрационная установка должна быть выполнена секционированной, так, чтобы различные ее участки по длине имели различные параметры колебаний и углы наклона, соответствующие различным по длине функциям и условиям работы конвейера. Действительно, если часть вибрационной установки, находящаяся в зоне действия вып/скного отверстия должна способствовать истечению материала и формировать слой транспортируемого материала в условиях значительных давлений в завале, то часть установки вне завала осуществляет только транспортирующие функции. Из зтого следует, что для совмещения оптимальных условий на выпуске и на доставке необходимо, чтобы под завалом и вне его находились конвейеры, не связанные друг с другом жестко, каждый ищ которых работает в режиме соответствующем условиям и задачам, которые перед ним поставлены.

Применение секционированных конвейеров позволяет исключить явления образования неподвижных откосов горной пассы на лотке и осуществить принудительный выпуск с необходимым заглублением выпускного механизма, что позволяет увеличить объем выпуска чистой руды, уменьшить разубожива-ние и затраты на ликвидацию зависаний.

Эффективность использования секционированных конвейеров для выпуска и доставки горной массы убедительно доказана в процессе эксплуатации более чем ста конвейеров на рудниках треста "Ленинруда", Каратаусаого ГХК, Комбината"Апатит" и др., а также высокой перспективной потребностью в конвейерах этого класса (табл1 )

Таблица I

1 —"■ ...... '"' "■"" —Т------- "' ' .........."' 1 11 1

| Существующая Перспективная потреб-Наименование ¡потребность 1969 г. ность 1975-1980 п? отрасли |--

; Типоразмеры

♦ ___• . ______

! квс-|квс- ¡КВС- ¡КВС- ¡КВС- ¡КВС-

1-2 5 -3 5 -4 5 -1 5 -3 5 1-4 5

шс- кв5с-!кйс-!,кв§с- |квЗс- квзб-

¡-2,5 ¡-3,5 -4,5 ¡-1,5 -3,5 ¡-4,5

_♦_._____♦ ___•_______♦ * >________

Черная

металлургия 40 210 30 - 350 75

Цветная

металлургия 95 100 10 120 180 40

Г орнохимическа я

промышленность 10 90 10 20 140 20

Итого {£45 400 50 140 670 135

Настоящая работа посвящена экспериментально-теоретическим исследованиям вопросов взаимодействия секционированных виброконвейеров с материалом в системе "конвейер-мате-рирл-выпускное отверстие" с целью получения основных зависимостей, описывающих формирование предельного слоя в условиях завала и вне его, а также анализу динамики секционированного конвейера« способного осуществлять эффективный выпуск и доставку горной массы.

Рассмотрены и решены вопросы экономической целесообраз ности применения конвейеров в различных условиях и проведен анализ показателей надежности таких конвейеров«

В процессе исследований кроме того определены:

- законы распространения колебаний различных частот в горную массу;

- зависимость углов внутреннего трения материалов от ускорений колебаний;

- методы расчетов давлений на вибрирующую плоскость;

- некоторые закономерности движения материалов при истечении из выпускного отверстия и перемещении по лотку;

- динамические характеристики вибрационного секционированного конвейера;

- характеристики устойчивости вибрационного конвейера;

- энергетические характеристики вибрационного конвейера;

- мероприятия по совершенствованию технических показателей конвейеров и улучшению его показателей надежности;

- диапазон технических производитеиьностей секционированных виброконвейеров, которому соответствуют минимальные затраты на выпуск руды и пр.

В институте Гипрорудмаш сконструированы и производятся серийно виброконвейер ВКВС (Пермский завод ГШ) и вибрационный люк АШЛ (Киселевский завод Гормаш) , разработанные на основе проведенных автором исследований.

В 1969 г. утвержден Государственный стандарт "Конвейеры вибрационные секционированные инерционные шахтные", разработанный в институте Гипрорудмаш под руководством автора* Обоснование показателей и норм стандартов произведены на основании настоящей работы.

Исследования проведены в промышленных условиях на РУ им.XX партсъезда треста "Ленинруда" (конвейеры ВКВС и вибролюки АЕД), руднике "Молодежный" Каратауского ГХК (виброконвейер ВКВС), на руднике им.Кирова комбината "Апатит" (виброконвейер ЗКВ), а также, частично, на руднике им.Кирова треста "Дзержинскруда" (вибропитатель ПВШ).

Стендовые исследования проведены на опытном заводе института Гипрорудмаш и в отделе электрооборудования и автоматики того же института.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, приложений и содержит <£ 1S страниц машинописного текста и 48 рисунков.

Глава I. АНАЛИЗ ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИИ ПРИМЕНЕНИЯ ВИБРОМАШИН ДЛЯ ВЫПУСКА ГОРНОЙ МАССЫ.

СОСТОЯНИЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ.

§ I. Горнотехнические условия применения вибромашин, элементы систем разработок

В общей технологической схеме подземной добычи значитель-ное место занимает процесс выпуска горной массы из блоков.

Применяемые способы выпуска обладают рядом существенных недостатков: высокие потери и разубоживание руды, низкая производительность забоя, малая концентрация горных работ и др.

В современных системах разработки широко распространены днища блоков с тремя ярусами горных выработок. Для обеспечения устойчивости такого трехъярусного днища высоту его в среднем принимают равной 12-14м. При этажных системах разработки : днищах заключено 20-25% запаса блока, при подэтажных - 25-30% Значительный объем руды, извлекаемый при проходке выработок днища, при низкой производительности проходчиков, связанной с малыми длиной и сечением выработок, обусловливает высокую трудоемкость образования днища* Удельный вес ее в общей трудоемкости подготовительных и очистных работ в блоке составляет от 15 до 35%.

Для лучшего извлечения руды выпускные отверстия (дучки)

располагают на небольшом расстоянии друг от друга, так что на

р

одну дучку приходится 25-40 иг площади блока. Несмотря на густую сеть дучек, при выпуске под обрушенными породами извлекаются всего около 40*50% чистой руды, а потери и разубоживание в целом достигают 20% и более. При этом интенсивность выпуска составляет всего около 0,3-0,5 т в сутки с I м^ площади блока

Таким образом, для создания высокоэффективных систем раз-

работок необходим переход к новым способам выпуска руды, наиболее перспективным из которых является вибровыпуск.

Исследования, проведенные в ИГД им.А.А.Скочинского, НИГРИ ЙГД СО АН СССР, Гипрорудмаше, ВНЙИцветмете и других организаци ях, показали, что при вибровыпуске:

- улучшается истечение руды, вследствие чего увеличивается производительность выпуска и уменьшается число случаев зави сания руды в горловине выпускного отверстия;

- значительно сокращается количество выпускных выработок и объем подготовительно-нарезных работ;

- уменьшается потери и разубоживание;

- создается возможность конвейеризации шахты с автоматическим управлением процессами выпуска и доставки руды.

В существующих системах разработки вибровыпуск наиболее перспективен для систем с подэтакными штреками (северные рудники Кривбасса, рудники комбината Ачполиметалл и др.), а также для этажно-камерных систем (рудники Горной Шории и др.).

На рис Ла показана схема днища и установки вибропитателя под дучками в системе с подэтажными штреками, примененной на ш.Южная РУ им.ХХ лартсъезда треста Ленинруда с использованием в качестве выпускных механизмов виброконвейеров КВС. Аналогичная схема применена на руднике "Западный" комбината "Ачполиметалл". В обоих случаях применение вибровыпуска позволило уве личить сменную производительность забоя в 1,5+2 раза при одновременном уменьшении себестоимости руды. Ряд вариантов плоского днища для месторождений различной мощности разработан в ИГД СО АН СССР.

Вариант плоского днища для мощных месторождений показан на рис.16.

РЖ. 1а

РЖЛб 1 -откаточный штрек; 2 - веер скважин 3 -погрузочный орт; 4 — виброконвейер.

Разработанные на основе проведенных исследований и глубокой экспериментальной проверки в промышленности камерная система с 2-арочной потолочиной, а также система этажного принудительного обрушения горизонтальными параллельными скважинами, внедренные на рудниках Горной Шории и др. значительно повышают производительность выпуска, снижают потери руды, открывают возможности автоматизации выпуска.

В последние годы предложены новые системы разработок с вибровыпуском руды. Чл.-корр. АН СССР М.И.Агошков и канд.техн. наук З.А.Терпогосов на основе всестороннего анализа предложили типовые варианты систем с вибровыпуском.

Так, для системы этажного принудительного обрушения с компенсационными камерами и выпуском руды по всей площади блока рекомендована схема, отличающаяся от существующей тем, что вместо воронкообразного днища с дучками и низкой подсечкой создается плоское с траншейной подсечкой (рисЛв).

Выпускной выработкой вместо дучки служит торец ниши на горизонте доставки. Объем выработок такого днища для условий Дегтярского рудника в три раза меньше, чем в существующих.

Разработано также днище, в котором доставочная выработка заменена откаточной. В этом случае выпуск ведется непосредственно в откаточные сосуды.

Применение вибровыпуска руды в сочетании с ромбоидальной формой блоков упрощает днище блоков. Система, показанная на (?ис.1г рекомендована вместо обычного варианта этажного принудительного обрушения с компенсационными камерами, а также вместо этажно-камерной системы разработки с обрушением целиков на открытые камеры. В результате такой замены производитель-

За

A-A

PÎC* - Z * * ôrff " -» ihfiiofpeirb«

Wis №pi609lB*

% ^r

РЮ« tr* 1 « таят ттаь% Z m верхом naneaн 9t* • робейте !ш©**| 4Д • яотвотдо «врзбти| в • mmттв

доработав} Г « руяоопувв*

ность труда по всей системе возрастает в два и более раза.

При разработке крутопадающих залежей средней мощности с ыагазинированием, с открытым пространством и этажной или под-этажной отбойкой, с этажным принудительным обрушением или комбинированными системами с обрушением целиков на открытые каме-

ф

ры днищем может являться подсечной штрек с равномерно расположенными нишами для вибропитателей,сопрягающимися непосредственно с откаточной выработкой. Угол наклона почвы очистного забоя к горизонту может колебаться в пределах 45-50° при системах с открытым очистным пространством, 55-60° при системах с магази-нированием и 70-75° при системах с обрушением руды и вмещающих

А

пород.

равработан вариант системы с отбойкой руды в зажатой среде с торцовым вибровыпуском. Вибровыпуск с внедрением лотка под навал не только резко улучшает истечение руды, но и позволяет устанавливать более рациональные параметры систем с торцовым выпуском (увеличиваются шаг обрушения массива, расстояние меаду доставочно-выпускными выработками, улучшаются показатели извлечения руды). На $*т.1д приведена охеиа варианта систе