автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Научно-технические основы процессов и создание комплексов вибровыпуска - конвейерной доставки руды

1. ВВЕДЕНИЕ.

2. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Основные направления развития технологии подземной добычи руда. Характеристика операций выпуска и доставки руды

2.2. Комплексная механизация процессов транспорта руды при очистной выемке. Условия применения средств вибровыпуска и конвейерной доставки.

2.3. Анализ состояния исследований процессов и техники вибровыпуска и конвейерной доставки.

2.4. Задачи и общие методы исследований.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ РУДЫ ЗАГЛУБЛЕННЫМИ ВИБРОМАШИНАМИ

3.1. Общая характеристика задач о взаимодействиях в системе. Динамические модели технологической нагрузки.

Основные допущения.

3.2. Формирование основного показателя назначения. Расчетная схема и уравнения движения рабочего органа заглубленной вибромашины. Оценка влияния на процесс параметров системы.

3.3. Выводы.

4. ЭКСПЕШМЕНТАЛЬШЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВИБРОВЫПУСКА И ДИНАМИКИ ЗАГЛУБЛЕННЫХ ВИБРОМАШИН.

4.1. Исследования виброреологии зоны выпуска.

4.2. Исследование, выбор эффективных компоновочных схем и параметров тяжелых вибропитателей.

4.3. Оценка влияния технологических и конструктивных факторов на эффективность функционирования легких вибропитателей

4.4. Выводы.

5. ИССЛЕДОВАНИЯ МАШИН И ПРОЦЕССОВ КОНВЕЙЕРНОЙ

ДОСТАВКИ РУДЫ

5.1. Исследование процесса вибродоставки руды.

5.2. Выбор рациональных значений параметров, формирующих процесс виородоставки.

5.3. Исследование параметров, определяющих тяговую способность привода доставочного ленточного конвейера.

5.4. Исследование взаимодействия става доставочного ленточного конвейера с крупнокусковым грузопотоком и выбор рациональных значений параметров

5.5. Выводы.

6. ИССЛЕДОВАНИЯ, СОЗДАНИЕ И ИСПЫТАНИЯ КОМПЛЕКСОВ ВИБРОВЬШУСКА И КОНВЕЙЕРНОЙ ДОСТАВКИ РУДЫ.

6.1. Исследования комплексов для площадного и торцового выпуска руды. Обеспечение условий многоразового использования машин.

6.2. Создание и промышленные испытания комплексов вибровыпуска и конвейерной доставки руды.

6.3. Выводы.

7. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

7.1. Основные положения методики расчета заглубленных вибромашин.

7.2. Методика расчета режимов работы и конструкций конвейеров для крупнокусковой руды

7.3. Очистные доставочные комплексы для руды.

7.4. Освоение промышленностью унифицированных тяжелых вибромашин: питателей и люков.

7.5. Внедрение механизмов и машин в технологических вариантах с различными схемами выпуска.

7.6. Технико-экономкческая оценка результатов работы.

7.7. Выводы

8.3ШШШЕ.

В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1980-1985 годы и на период до 1990 года" предусмотрено опережающее развитие добывающих отраслей промышленности, что позволит значительно улучшить сырьевой баланс страны.

Транспорт полезного ископаемого является одной из основных технологических операций подземной добычи руды, поэтому рост интенсивности транспортных операций и снижение их трудоемкости -крупная народнохозяйственная задача.

Перспективным направлением совершенствования транспортных операций при очистной выемке является переход к вибровыпуску и конвейерной доставке руды. Полученные с помощью отдельных вибромашин и конвейеров результаты свидетельствуют, что, несмотря на рост производительности труда на выпуске и доставке в 1,2-5,5 par за и снижение объема подготовительно-нарезных работ в 1,1-2,85 раза, ощутимого воздействия на эффективность добычи достичь не удается. Проблема решается только при переходе к использованию комплексов вибровыпуска - конвейерной доставки за счет улучшения качественных показателей извлечения, упрощения технологических схем и роста интенсивности отработки.

Уровень показателей назначения и надежности эксплуатируемых в настоящее время в шахтах вибромашин и конвейеров не обеспечивает получения необходимой интенсивности технологических процессов и требуемой долговечности техники. Кроме того, несмотря на существующую при подземной добыче сменяемость отрабатываемых блоков, не решена проблема многоразового использования машин.

Все это свидетельствует о необходимости разработки научно-технических основ процессов вибровыпуска и конвейерной доставки руды, что позволит решить крупную народнохозяйственную проблему: создать комплексы, оснащенные транспортными машинами многоразового использования.

Тема диссертации соответствует направлениям и задачам комплексно-целевой программы ОЦ. 039 Госплана СССР и ГКНТ "Развитие техники и технологии добычи и обогащения полезных ископаемых" и региональной программы "Руда" Ж УССР, Днепропетровского областного комитета Компартии Украины и Приднепровского научного центра АН УССР.

Целью -работы является разработка научно-технических основ процессов вибровыпуска и конвейерной доставки и создание комплексов и машин многоразового использования для поточной технологии добычи крепких руд.

Работа написана по материалам научно-исследовательских работ, выполненных в 1962-1982 гг. при непосредственном участии и под руководством автора в институте НИГРИ.

В этот период были проведены НИР: "Исследование, промышленные испытания и доводка конвейеров и вибрационных конвейеров для доставки руды" {тема 1-7а), "Исследование и промышленные испытания новых средств механизации доставки руды при очистной выемке" (тема 1-66-4), "Исследование доставки руды с применением конвейеров" (тема 1-66-46), "Исследование и разработка технических условий на передвижной агрегат выпуска и доставки руды (АВР) для систем разработки с поточной технологией выпуска и доставки" (тема 16-68, Л гос. регистрации 68800489), "Исследование и выбор рациональных параметров конвейерного и вибротранспорта для комплексной механизации процессов выпуска, погрузки и транспортирования горной массы на шахтах Кривбасса" (тема 26-72, Л гос. регистрации 72008986), "Разработка высокоэффективной поточной технологии и технических средств очистной выемки без постоянного пребывания людей в забое" (тема 8-73, $ гос. регистрации 73035927), "Разработка технических основ и конструкций вибрационных машин для выпуска горной массы при различных технологических процессах добычи руды в Кривбассе" {тема 10-76, № гос. регистрации 7I0554I4), "Исследование и разработка средств непрерывного транспорта для очистной выемки на железорудных шахтах" (тема 11-76, Л гос. регистрации 76054537), "Развитие непрерывных видов промышленного транспорта" (Раздел по подземному транспорту. Отчет включен в сводный отчет ВНИШТМАШа по проблеме № 45), "Изыскание перспективных направлений в создании средств непрерывного транспорта для очистных забоев" (тема 55-78, № гос. регистрации 78035977).

Основная идея работы заключается в обеспечении наиболее эффективного использования энергии колебаний заглубленных вибромашин и максимальной компенсации отрицательного воздействия крупнокускового грузопотока на средства доставки за счет выбора рациональной компоновки и параметров машин.

Научные положения, защищаемые в диссертации:

- зависимость, оценивающая степень воздействия средств вибровыпуска и конвейерной доставки на эффективность систем разработки, отличающаяся тем, что в ней учитывается необходимость перехода к комплексам, оснащенным унифицированными машинами многоразового использования;

- установлено впервые, что зоны эффективного воздействия заглубленных вибромашин на обрушенную руду должны определяться с учетом типа емкости, из которой осуществляется выпуск;

- зависимость интенсивности истечения обрушенной руды от ее свойств, параметров машины и технологической установочной схемы, отличающаяся тем, что в ней впервые одновременно учитываются изменение характера движения рабочего органа из-за заглубления вибромашины и особенности перехода процесса выпуска в доставку,

- установлено впервые, что скорость вибродоставки должна определяться с учетом ее зависимости от эффектов взаимодействий параметров колебаний и свойств руды, что позволяет оптимизировать процесс транспортирования;

- зависимость, определяющая влияние параметров канатного става доставочного ленточного конвейера на расход мощности, отличающаяся тем, что при минимальных энергетических затратах на транспортирование обеспечивается достаточная для устойчивой работы конвейера компенсация отрицательного воздействия крупнокускового грузопотока;

- установлено впервые, что для равномерного распределения и минимизации расхода мощности на транспортирование в двухпроводном коротком доставочном конвейере необходимо выдерживать экспериментально установленные соотношения между диаметрами барабанов, тяговыми факторами и натяжением ленты, что позволит оптимизировать параметры конвейера.

Научная новизна. Разработаны технологические основы формирования и функционирования очистных доставочных комплексов вибровыпуска - конвейерной доставки (ОДК).

Выполнены комплексные исследования динамики вибровыпуска и конвейерной доставки руды, что позволило разработать математические модели и алгоритмы процесса извлечения обрушенной руда и обосновать эффективность асимметричной компоновки заглубленных вибромашин с выносом источника колебаний из завала, процесса вибродоставки руд различной кусковатости и влажности с учетом взаимного влияния факторов, взаимодействия крупнокускового грузопотока с коротким доставочным ленточным конвейером и выбрать рациональные кошоновочные и конструктивные решения.

С целью значительного улучшения качественных показателей извлечения разработаны методики, позволяющие осуществить постановку натурных экспериментов по технологическим аспектам вибровыпуска и конвейерной доставки.

Новизна полученных результатов подтверждена тридцатью восьмью авторскими свидетельствами на все созданные комплексы, машины, стенда и измерительные устройства.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается: аналитическими исследованиями технологических аспектов транспорта руды прм очистной выемке; экспериментальными исследованиями на действующих объектах и полноразмерных стендах рабочих процессов в вибромашинах и конвейерах, особенностей распространения колебаний в обрушенной руде; теоретическими исследованиями закономерностей формирования выходной функции процесса извлечения руды из зоны обрушения с помощью заглубленных вибромашин и динамики пневматических вибровозбудителей на ЕС ЭВМ; статистическими исследованиями (планирование эксперимента) вибромашин, процесса вибродоставки, канатного става и процесса формирования тяговых усилий в доставочных ленточных конвейерах.

При использовании методов активной статистики объем экспериментов соответствовал стандартным программам планов, опыты рандо-шзировалиеь; при "пассивном" экспериментировании - выполнялась статистическая обработка представительных выборок. Проверка сопоставимости результатов осуществлялась на всех этапах исследований, достоверность их подтверждена многолетней промышленной эксплуатацией созданных машин и комплексов.

Практическое значение работы.

Определен состав комплексов, выбраны типы и показатели назначения машин для вибровыпуска и конвейерной доставки руды.

Разработаны уточненные методики расчета заглубленных вибромашин, режимов работы и конструкций конвейеров для крупнокусковой

РУДЫ.

Обоснованы компоновочные и конструктивные решения, обеспечивающие многоразовое использование заглубленных вибромашин, доста-вочннх ленточных конвейеров с канатным ставом и мотор-барабанным приводом, пневматических безударных вибровозбудителей, передвижных вибрационных питателей-перегружателей и других элементов комплексов.

Разработан ряд стендов, способов и измерительных устройств для исследования транспортных машин, процессов выпуска и доставки.

Реализация работы. Использование основных результатов работы осуществляется по нескольким направлениям.

При конструировании горной техники применяются методы расчета рациональных значений параметров, выбора компоновочных решений и используются предложенные конструктивные решения в ОДК, вибропитателях, вибрационных и ленточных конвейерах, вибрационных перегружателях, вибровозбудителях (институт НЙГШ), тяжелых вибропитателях (институт ВНИПИрудмаш).

Пра проектировании отработки месторождений металлических руд и горнохимического сырья подземным способом предложенные решения используются при выборе рациональных технологических схем отработки блоков Юкспорского, Расвумчоррского, Соколовского рудников (институт Гипроруда), предприятий ПО "Крив-бассруда" (институт Кривбасспроект).

На машиностроительных предприятиях освоено изготовл е н и е комплексов "Кривбасс" и "Украина", виброконвейеров KB, вибропитателей ПВ, вибролюков ЖЕ - НИГШ, пневматических вибровозбудителей ШС и ВПК, доставочннх ленточных конвейеров КПП, КДД, КЛЗ - НИТЕЙ, КЛЗД, КЛЗД-2, вибрационных перегружателей ПЖ (ИЮ "Укрруда"); унифицированных вибропитателей ПВУ и 1АШ (ШО "Союз-гормаш": завод "Электровибромашина", опытный завод ВНШИрудмаша).

Созданными комплексами и машинами при их эксплуатации на горнодобывающих предприятиях переработано около 70 млн. тонн руды.

Получен экономический эффект более 2 млн. рублей.

Комплексы и машины экспонировались на международных, всесоюзных и республиканских выставках. Комплекс для площадного выпуска награжден дипломом ВДНХ СССР.

Аппобашя -работы. Диссертационная работа и ее разделы доложены и одобрены на Международном симпозиуме по динамике тяжелых машин (г.Донецк, 1974 г.), Межреспубликанской научно-технической конференции по рудничное транспорту (г.Днепропетровск, 1976 г.), республиканских семинарах по рудничному транспорту (г.Киев, 1977, 1979 гг.), семинарах ВДНХ СССР (1976, 1978 гг.), Всесоюзных семинарах ИГД СО АН СССР 'Торные импульсные машины и проблемы гигиены труда" (г.Новосибирск, 1978, 1980 гг.); научно-технических конференциях и семинарах: ИГД МЧМ СССР (г.Свердловск, 1976 г.), Гипро-руда (г.Ленинград, 1979 г.), ВНИПИрудмаш (г.Кривой Рог, 1980 г.), МП (г.Москва, 1981 г.), ЕНШПТМАШ (г.Москва, 1982 г.), ИГТМ АН УССР (г.Днепропетровск, 1981, 1984 гг.); на технических советах РПО "Укрруда" МЧМ УССР (г.Днепропетровск, 1980 г.), ПО "Кривбасс-руда" (1977-1983 гг.) и других.

Публикация. По теме диссертационной работы опубликовано 93 работы. В том числе: 2 брошюра, 53 статьи, 38 авторских свидетельств на изобретения.

Теоретическая и лабораторная части работы выполнены в институте НЙГРИ, промышленный эксперимент - на предприятиях ПО "Крив-бассруда".

Автор выражает глубокую благодарность за научные консультации и постоянное внимание академику АН УССР В.Н.Потураеву.

Значительная помощь при выполнении работы оказана тт.Ф.К.Алексеевым , В.И.Байдой, А.М.Балутой, А.В.Бровко, А.В.Дидком, В.В.Дыд-зинским, В.Ф.Калиниченко, Э.А.Корнетом, В.П.Мартыненко, В.В.Мох-начем, Р.Б.Парховником, А.Р.Черненко, Л.А.Шаблием и другими.

Всем коллективам и товарищам автор выражает свою глубокую признательность.

2. СОСТОЯНИЕ ПРОЫЕШ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Основные результаты этих работ представлены в таблицах 4 и 5.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ об использовании в проектах результатов исследований по созданию вибрационного погрузочно-доставочного оборудования, выполненных лабораторией рудничного транспорта НИГРИ (рук.работ канд.техн.наук Каварма И.И.)

Институтом Гипроруда в ряде предпроектных проработок была определена целесообразность широкого применения на шахтах ШМ СССР на выпуске и погрузке руды вибрационных питателей и вибролюков.

Сложившееся положение с механизацией указанных операций нельзя признать удовлетворительным: в каждом бассейне для выполнения аналогичных операций используется разнообразная техника, зачастую серийно не выпускаемая; транспортные средства, основанные на использовании одних и тех же принципов и работающих в пределах блока, не унифицированы.

В связи с этим цикл работ по исследованию и созданию взаимозависимых, унифицированных средств вибровыпуска, охватывающий все технологические аспекты транспорта в блоке, является актуальным.

Созданный на базе этих материалов институтами НИГРИ и ВНИСШ-рудмаш унифицированный вибропитатель ПВУ по результатам Всесоюзных сравнительных испытаний вибрационных установок рекомендован к серийнощ производству и в настоящее время изготавливается Цхин-вальским заводом вибромашин Союзгормаша.

По данным нашего института экономическая эффективность от применения таких машин составляет 4,2 коп/т (или на одну машину 5265 рублей) при их ежегодной потребности для предприятий

ММ ССОР свыше 400 шт.

Исследования вибролюковой погрузки руды позволили по аналогии с предыдущими перейти к созданию унифицированного с ПВУ вибролюка 1А1Ж, обеспечивающего стабильную производительность не ниже 1000 т/ч и наработку на машину порядка 500-700 тыс.т.

По нашим данным экономическая эффективность составляет около 5000 рублей при ежегодной потребности примерно 60 штук.

Оценивая в общем рассматриваемый цикл исследований НИГРИ, необходимо отметить, что он выполнен на высоком научном уровне, имеет значительный выход в промышленность и основные результаты его реализуются институтом Гипроруда в проектах отработки новых горизонтов Юкспорского и Расвумчоррского рудников ПО Апатит и Соколовского подземного рудника ССГОКа.

Начальник отдела перспективных Ю.А.Коротков разработок и экспертизы, к.т.н. руководитель группы ОПРиЭ Е.Н.Пруц

Копия