автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование рациональной структуры и условий эффективного функционирования поточной технологии выемки крепких руд в длинных очистных забоях подземных рудников

АКАДЕМИЯ НАУК КАЗАХСКОЙ ССР

институт горного дал

На правах рукописи Для служебного пользования Экз. №_

' >> I- ^ и Ь 5

БЕКСЫРГАЕВ Токтар

обоснован! 12 рациональной структуры и условий э1фе1отшного швдонировашя поточюй технологии виши ют® руд в длинных очистшх

ЗАБОЯХ ЛОДЗШШ РУДНИКОВ

.05.15.02 - Подземная разработка месторождение полеяннх ископаем«

А вторе фер а т

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Алта-Ага 1991

Работа выполнена в Институте горного дела Академии Наук Казахской ССР

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ - Кандидат технических наук

тченко лртал Михайлович

(ШЩЛЬШЕ ОППОНЕНТЫ- доктор технических наук,

профессор БЕЙСйБАЕВ АКоШЖАН Ш1СШХАН0ШЧ, кандидат технических наук ВОРОНШО ВЛАДИМИР КОНСТАНТИНОВИЧ

ввдущеа ПРЕДПРИЯТИЕ - институт ДжеэказганШПИцветмет

НПО Джезказганцветмет

Защита диссертации состоится " 27 " betafft*. ' 1991г. в 10 — часов на заседании специализированного совета K008.I5.0I при Институте горного дела АН Казахской ССР по адресу». 480046, г.Алма-Ата, проспект Абая, 191.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГД АН . КазССР.

Ваши отзывы в Двух экземплярах заверенные! печатью, просим направлять по адресу: 480046, г .'Алма-Ата, пр.Абая, 191. Институт горного дела.АН Казахской ССР.

« ¡9 » ноября

Автореферат разослан " ' " пУХУУп 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета

K003.15.01, докт.-техн.наук С.И.ПЕТРОВИЧ

ОБЩАЯ МРАКТЕРИСГША РАБОТЫ

Актуальность работы. Важнейшим направлением в повышении эффективности добычи крепких руд является применение поточной технологии. В промышленных масштабах такая технология осуществлена при системе эта-кного принудительного обрушения с применением вибрационного вппуска. Однако известно, что в практике подземной разработки рудных месторождений повсеместно маблю- . дается постепенное ухудшение горно-геологических условия эксплуатации, при которых применение систем с обрушением становится затруднительным и просто невозможным из-за высокого горного давления и повышения потерь и разубоживания. Поэтому пред-стэеллстсп весьма перспективным осуществить поточную технологию при системе горизонтальных слоев с закладкой выработанного пространства и выемкой руды длинными очистными забоями, что позволит сохранить земную поверхность от обрушения, обеспечить полное и безопасное извлечение запасов природного сырья и совместить во времени выполнение нескольких производственных процессов очистных работ. Кроме того, при добыче крепких и весьма крепких руд единственным эффективным способом отбойки является .буровзрывной. По прогнозам ведудих научно-исследовательских институтов "страны на неопределенно долгий срок будут преобладать рудники преимущественно с взрывной отбойкой (более 85 %) и только до 12...15 % - с механической отбойкой» главным образом для добычи некрепких полезных ископаемых' (калийные и марганцевые шахты). ,

В связи с этим разработка поточной"технологии выемки крепких руд в длинных очистных забоях на'основе использования буровзрывного способа отбойки является актуальной задачей, имеющей важное народнохозяйственное значение. -

Цель'о работы является повышение эффективности выемки крепких руд в длинных очистных забоях путем разработки поточной технологии на базе буровзрывного способа отбойки'. ".

Идея работы заключается в существенном повышении наг-..' рузки на очистной забой при разработке крепких руд за счет ,' превращения процесса буровзрывной отбойки из цикличного* в по-!" точный высокой интенсивности, без затрат.времени на вывод оборудования из забоя во время взрывания шпуров. - - '

Методы исследований. Для достижения поставленной цели в работб используется комплексный метод исследовании, включаю-ций анализ и обобщение научно-технической и патентной- литературы, системный анализ с использованием метода морфологичэс-. кого моделирования, математическое моделирование но критерию адаптации с применением ЭВМ и технико-экономический, анализ.

Научные положения, защищаемые в. работе:

- поточность буровзрывной отбойки крепких руд в длинном очистном забое, обуславливающая существенное повышение производительности труда, достигается переходом на короткие шпуры, заряжаемыми единичными унитарными патронами и инициируемыми последовательно по одному вертикальному ряду на всю Еысоту слоя, дистанционное управление всеми забойными процессами,постоянное нахождение оборудования в забое и защиту его во вреда взрыва локалилатором с амортизаторами, при этом реакция и податливость последних и масса локализатора устанавлийаются с учетом величины динамических нагрузок взрыва и ускорении локализатора;

- рациональные параметры и конструктивные решения технологии поточной буровзрывной выемки крепких руд должны обосновываться путем оценки степени соответствия пересекающихся параметров агрегата и среды и установления условий достижения максимальной нагрузки на очистной забой с учетом выявленных осо-* Сенностей предлагаемой технологии, при этом определение ее качественных характеристик следует производить методами морфологического моделирования;

- рациональная высота вынимаемого слоя определяется из .. условия достижения максимального прироста производительности

агрегата при изменении количества шпуров, располагаемых в вертикальном ряду, с учетом влияния величины ЛНС.

, Научная новизна проведенных исследований.состоит:

- обоснованы методические основы расчета рациональных параметров поточной буровзрывной отбойки крепких руд исходя из условий сокращения продолжительности цикла. БВР и эффективности функционирования отбойного агрегата;

- установлены зависимости изменения производительности агрегата поточной буровзрывной отбойки крепких руд от его конструктивных и технологических параметров и изменения количества одновременно, взрываемых шпуров от высоты, вынимаемого слоя и

вйвпчиш ЛИС, позволяющий обоенлвать рациональную высоту ви-ini:u>:i«.or 1 са.м;

•• разработаны потодпчсские положения для обоснования c.T|.yrvypii комплекса поточно:! буровзрывном'! шеикя крепких руд па бале сиг тс мпго анализа с использованием метода морфологи-ч.лч.'оги п.люлнр'н.анля, позволгмдао повысить уровень совершен-стьоьанил технологпчзоьзх рсиенлМ;

- установлена аналитическая зависимость среднесуточной iwrj-узки на очиитпон забот от длины лавы при использовании л,г.плокс:а поточной буроизрьтпок ипсмки крспгнх руд;

- разработана цатеиатическоя модель поточной технологии о.уроюрыыюр Bi«i!ifu кропких рул по критерию адаптации для определении услопнГ: еэ агНлктишюгл функционирования.

Догтопорпогуь 'научных iuijn:nf)iin'U ¡¡мьодов и рекомендаций, Иояочгзшшх к диссертации, обезпечиьаотсп удовлетворительной схоцимооть») результатон теоретических исследовании и лабораторных a!(t:iiuj,.iw.iipoii (рпехоаценно составило но более 1%) с цапни:.'!:! пепнтапиГ! различили злемептои поточной буровэрышоЯ оуйо.Ъ.м крыишч ру.', и ирэиаичцетвошшх условиях, а также сравнением а h:ihiiu.:u других несл^дипатсле«, непротиворечивостью [lOJiW.-iiTni. 1кч-4.!Дов«и1ш| щшлтш концепциям раовятия технологии почзеькиП дчтдш ручы> нопольоомшюы современных апроби-

рщи.нпчл г.етицоп иослсД'Мтнл!;.

Ib.Зг'г:!'!' i.km)! |'Г11п;.)'":ч) рпботи заключается в том, что раэ-jai'if/ri.iii.i-iinMJü со«!»«; потоми..!j буреиаршнюП отбойки крепких рун, и y."jj.u!'t:T»vi п,лч ufo 'K\v'i:ii;i""rjii;ii:m, варианты поточной тёх-1ПЛ01МК i'iKH'Kii kjicint»:.' руд п длитипк очистных забоях и уста-ионлеч» »•<; рациональные норппатрн, роалиэмиш этих• предложений M'.miiwtii'/f с,\И1»ртвоинл пор)¡с.'пт зЭДектипность добычи крепких руд.

Рг:;»гм.|ц:ж wdo-i». Результаты исследований использованы при проектировании рабочего макета агрегата поточной буровзрыв-.ноИ отио"ии крепких рун, и разработке варианта .технологии выемки, ¡¡.'тори!; принят и 'WO целесообразности проектирования и стронтолын'ва ьодзоиног.» ручника "Мир" 1Ш0 "Якуталмаз". • '

A;ii"):iii;,Hi роботе. Основные полохспич диссертационной работы дол'Г.хчiu и оосулцонп im licocoioaitofi научио-тохническоА конференции "lioni-ninüiiK: (j(Mo:irn'iiocTH оборудования и технологических npotiu'ji'oii на Di ноы: применения сроцегн яитоматнчаеКОП защиты и ПрпЩЛПЛеППП i роботон (l'.iu'iaailb, 1Ш11, Х1У конфоронции молодых

ученых ИЯКОН АН СССР (г.Москва, 1982), Всесоюзно« впупо-гох-нической конференции "Совершэнствованяе подпели.'» рап^пботкй месторождения руд черных и цветных металлов" (г.Алма-Ата,I9Ô4), Республиканской научно-практической конференции шлоднх ученчх и специалистов "Проблема комплексной роботизации и внедрения автоматических и автоматизированных систем управления и народное хозяйство Казахстана" (г.Алма-Ата, 198.3), Первой региональной научно-технической конференции "Проблемы комплексного освоения недр" (г.Караганда, 1989), Республиканской научно-технической конференции "Электрификация машин и роботизация процессов- добычи руд подземным способом" (г.Алма-Ата, 1990), технических совещаниях институтов "ЯкутШПРОалмаз" (г.МирньТ;, 1989) и "ДнепроПШРОшахт" (г.Днепропетровск, I98S).

Публикация. По теме диссертация опубликовано 7 стр.те^, получено 5 авторских свидетельства на изобретения.

Объем и структура работ». Диссертация состоят аз введения, . пяти глав и заключения, изложенных на 156 страницах машинописного текста, содержит 41 рисунок,-30 таблиц, список л/торатур-ных источников из 161 наименования, 4 приложения.

■ОДЮВНОй СОДЕР&УШ РАБОТА

Для установления тенденций развития техники и технологии очистных работ в первой главе на основе многолетнего фактического материала выполнен экстраполяционшй прогноз с использованием'математической модели Ленца и метода огибапщих кривнх. В результате установлено, что изменение техпяко-экономнчаеь-чх показателей кавдого-пакодеяия оо'орупрспмня шдчинястия "крйгоГ сатурации", Qmcmaam^'Unfcmm'd'~ci<Qtl юдоль» Лснц?. Получен;.: апроксимирующие формулу гй^денцнй роста проноводигелыюстл труда забойного рабочего от времени при использовании различных видов выемочного оборудования, в том числе, прогнозируемого. Методом огибающих кривых получено уравнение темпа изменения производительности труда забойного рабочего от времени, которой имеет вид параболы. Уравнение, описывающее изменение производительности техники предлагаемой для внедрения в будущем, хорошо согласуется с результатами прогноза, вычисленного по методу огибающих кривых (ошибка ачроксимации составляет на более 7?-}. Одновременно установлено, что кривая изменения во времени производительности труда заборного рабочего при использовании içi'ur.m-

ной технологии с самоходный оборудованием находится б стадии насыщения, дальнейшее его применение и условиях разработки иощних местороздониП крепких руд не сданег обеспечить сохранения устано!ленного теша роста производительности труда, да:ка при условии кардинального его совершенствования (электрификации и авто»атизации). Опрецелени ориентировочное значение производительности заборного рабочего при внедрении прогнозируемого вида выемочного оборудования - комплексов поточной технологии - и возможное время его внедрения - поело 2000 г. Прогнозируемая технология должна повысить производительность труда забойного рабочего минимум в 4 раза по сравнению с существующей цикличной технологией. Результаты проведенного прогноза хорошо согласуются и высказываниями ведущих ученых страны. В частности, проф. В.Р.Имонитов отмечает, что наиболее представительным показателем рудника будущего надлежит считать уровень производительности труда и предполагает, что в течении ближайших 12-15 лет он долкен быть повинен не менее чем в 4 раса.

Известно, что реализация технологических нов'азстп предлагаемой конструкции машины продетавляет собо(1 длительный процесс и продолжается 10-15 лет. Кроме того, от исчала иргнйводства новол шшшш до се распространения проходит щк/м&Ччтба, порой достаточно длительное прими. Б связи с ог'иа. СЩШШ&- ДОтонов-ленного темпа' роста проиэьоцнчел^поопг* труда aat'olial'i'Ü'¿Йбочего требует öiicrpniMof) рщлСагМ* >ui»fi D|>fbKTN.mioi! пШОДШии' и средств ее осуществлен;-!;?;-

Ванным направлением' W iWtfäifissjMI' О'ЭДеотиЫюст'и' добычи полезных иокопаешх на будущее »иш.емгё- применение поточной технологии горных работ. Разработке поточной ie'Ät&.'Jfttir'добычи руд посвяти! раСотн Д.М.Брогашкоса, В.В.Гудина; tfi&öVMoeoea, И.И.Эурабшивнли, В.Р.Именптова, Д.Р.Каилунова, С.Я.Иофана, С.С.Муагинз и др.

Одним из осущесгпленнмх d проютлеиных wacuriairfx' вариантов поточно! технологии является разработка мощных рудных месторождений спет et,'Ott ятажпэго принудительного обрушении с применением вибрационного выпуска руды. Однако из-за постепенного ухудшения горно-гсплогичоских условии эксплуатации применение систем с обрушением становится затруднитсяьньт и просто невозможней. Ii сш-зи с этин. представляется опсьг.« перепекгивнш нсполь-тпгмн'лп мстош гориэ<лишьни)г слоев с закладкой выработанного rifrr.Tömr.Tva и и:.»- ''«о" рудн длинными очнегнмш забоями-лавами

' с применением механизированных комплексов, котирая п*к»г«л..ст совместить во времени выполнение «ротою,«.отвииш:>. иг'^н'^^ос очистных работ и может быть основой при со-щянии поточи»" технологии добычи руды. Однако такая технология г нлгтоя^о . время осуществлена только для добычи нек^нких пол'-пнмх ископаемых» как уголь, соли, поскольку для крепких |г;ч «лз.чпте» эффективный механический или другой разругатациг! орган и«:г.1 о-рывного действия весьма затруднительно.

Анализ существующих способов разрушения гор-ингс п-»рг:,* показывает» что при отбойке крепких руд единствен»";! а?Ллктл!>-

ным является буровзрывной способ.

Вопросам совершенствования технологии с взрывных работ посвящани работы А.М.БеКсебаоса, 1\Л.волл'чпгл, Ш.А-Г.Болгожика, А.Е.ЕргалиеЕа, Г.П.Деш^жа, 11.-1 .Загсов», Б.Н.Кутузова, Э.О.Миндоли, С.С.Музгига, Г.НЛЬкровского, В.П. Терентьева, А.А.Черниговского и многих других.

В результате теоретических и экспериментальных исследований определены рациональные схемы и параметры буровзрывных работ, созданы новые типы дешевых ВВ и шеоп>производктсльнке машины и установки для бурения и зэрггашш шпуров и скиакин. Однако существующий способ буровзрыиной отбогки, принешега" в настоящее время в подземных условиях - циклпшгн», не обеспечивает поточность выемки полезных ископаемых, что требует разработки поточной технологии выемки крепких руд в длинных очистных забоях на основе применения буровзрывного способа отбойки.

Исходя из вышеизложенного и работе поставлены следующий задачи:

■ - определить рациональные параметры буровзрывных работ исходя из максимального сокращения продолжительности цикла БоР за счет исключения операции вывода оборудования из забоя во время взрыва и исключения появления негабарита в потоке вырванной руды и на основе этого определить условия осущеоТглс-ния поточной буровзрывной отбойки крепких руг; в длинных очистных, забоях;

'1'' - разработать способ поточной буровзрывной отбоПки креп-,'ких руд в длинных очистных забоях;

' ■' - обосновать структуру ..поточной технологии донят крепких

руд в длинных очистных забоях, основанной на разработанном способе буровзрывной отбойки;

- определить условия эффективного функционирования поточной технологии буровзрывной выемки крепких руд;

- определить экономическую эффективность и целесообразную область применения разработанной поточной технологии буровзрывной выемки крепких руд.

Вторая глава посвящена разработке способа поточной буровзрывной отбойки крепких руд в длинных очистных забоях. Разработка и создание поточной технологии выемки с применением буровзрывных работ в первую очередь требует сокращения продолжительности цикла БВР за счет исключения операции вывода оборудования из забоя во время взрыва и исключения появления негабарита в потоке взорванной руды для эффективного функционирования транспорта непрерывного действия.

Исходя из этих требований с использованием предложенных. методических основ расчета обоснованы рациональные параметры буровзрывных работ для поточной отбойки крепких руд (¿=12-14) в длинных очистных забоях.

Выполнение операций буровзрывного цикла без вывода машин из забоя во время взрыва требует' ограничения массы одновременно взрываемого заряда ВВ. В связи с этим принята технологическая схема буровзрывных работ, в которой отделение руды от массива производится взрыванием одного ряда шпуровых зарядов, размещаем.« в вертикальной плоскости перпендикулярной плоскости забоя. При этом рациональная высота вынимаемого слоя определена исходя из условий- эффективности функционирования агрегата, осуществляющего способ поточной буровзрывной отбойки крепких руд. Установлена зависимость изменения количества шпуров, расположенных в вертикальном ряду от высоты вынимаемого слоя, которая определяется из сявщугадего выражения п _ Н -*<* -а,-а»

а (I)

где Ь. - высота вынимаемого слоя, м; Л - расстояние между шпурами в вертикальном ряду, м; Я| - расстояние от конца нижнего шпура до почвы,м; а* - расстояние от конца верхнего шпура до кровли, м.

На рис Л показано изменение количества одновременно взрываемых шпуров в зависимости от высоты вынимаемого слоя при раз»

Изменение количества апуроо, расположенных- н вертикальном ряду от впсоты вынимаемого елок

Рис. I

1,2,3,4 - при значении Л.Н.С., равном соответственна 0,0 м; 0,7 м; 0,8 м; 0,9 м

Изменение технической производительности агрегата от количества бурильных машин л зарядно-ЕзрнЕЧых устройст в

м N

м

е г ч & 8п,шт. «

Рис. 2

1,2,3 - при значении коэффициента готовности отдельных машин агрегата, равном соответственно 0.95; 0,9$; 0,97

шитых .значениях ЛИС.

Б разработанной нами конструкции агрегата работа отдельных машин относится к системам без резервирования, т.о. с 1Молс;допатолый.ш соединением элементов, поэтому определено оптимальное их количество исходя из условий эффективности функционирования агрегата. Для этого установлена эавпрпмость нзмсппншт производительности агрегата поточной буровзрывной отбойки крепких руд от ого конструктивных и технолог ■. îcuiîx napm«îToOD.

Wt»?[a + a, + a2]K„

Qreop- 3600

(2)

.Jrnzîa . _1m l _ÎJ_ + Jmu, Ж-. ,fn,' Vnn ИЩ Vni Хпи

где W - величина JÎÎIC, м; I - длина шпура, м; ^-коэффициент использования шпуров; Кв - коэффициент одновременности работы бурильных машин и зарядно-взрнвнмх устройств; - расстояние коронки до груди забоя, м; Vx -, скорость холостого хода бурових штанг до груди забоя, и/с; -Цц - скорость надвигания «арпдчнка, м/ç» Кг - коэффициент перебура; Vs -скорость собственно бурения, ' v./ir.m; Vnn - скорость подачи толкателя, м/с; ?пп - ход толк,чтеля, и; £п - длина унитарного патрона, м; - путь подвода коронки к забою, см; Uik- (5К0-рость под под а коронки, м/с; ^з - глубина забуриванип, см; Vj -скорость эабуривонип, м/с; £п» - расстояние между осевыми линиями зарядной трубки и бура, м; Vne - скорость перемещения внутренней рамы, м/с; Упш - скорость .перемещения'агрегата на шаг отбойки, м/с; "tnn- время проверки наличия патрона в цщуря и подачи импульса к олектродетонатору.

Кэ (формулы (2) видно, что производительность агрегата зависит наряду с другими параметрами и от количества одновременно взрывав»,¡тле шлуров, т.е. от количества бурильных мамин я за-рядно-взрывнмх устройств. Исходя из этого построена зависимость технической производительности агрегата от количества бурильных-машин и эарядно-впрывннх устройств (рис.2-). Из графика 2 видно, что наиболее существенное повышенно производительности наблюдается при количестве бурильных машин равном 4...5, дальнейшее уиоличенчо их числа на техническую производительность влияет незначительно. Стсодя пктскает выгод, .что оптимальное их коли-

честЕО при такой конструктивной Схеме составляет 4...5. На основе этого из рис Л определена рациональная высота вынимаемого слоя, которая составляет 3,0...3,5 м.

Рациональная длина шпуров определена исходя из условий устойчивого обнажения непосредственно:" кровли, в длинном очистном забое, которая составляет 1,0...1,4 м, что позволяет использовать наиболее производительный врацательно-у,парный режим бурения шпуров при самой высокой крепости руд. Кроме того, при этом значительно повышается степень надежности операций бурения и при взрыве уменьшаются динамические нагрузки, действующие_на забойное оборудования.

Рациональные значения величины ЯНС; расстояния иезкду шпурами В вертикальном ряду, диаметра заряда, удельного расхода ВВ и коэффициента сближения шпуров обоснованы из условия обеспечения ковдиционной иусковатости руды для эффективной эксплуатации машин непрерывного действия.

При взрыве на забойное оборудование действуют большие динамические нагрузки. В связи с этим определены величины ударных сил, воздействующих на забойное оборудование от ударной волны, а также кусков отбитой руды. Для защити оборудования от взрывных нагрузок в конструкциях агрегата предусмотрен вэрывозащитный оградительный цит-локализатор с амортизаторами. •

Уравнение равновесия системы при воздействии ударной силы во время взрыва на локализатор можно выразить следующим образом! ■■• '"где N1» — реакция амортизатора, Н; X' - ход амортизатора, т.е. величина упругой ^формации, м; (V - масса локалнзато-ра взрыва, кг; - ускорение локализатора, ::/с*\

Из уравнения (3) видно, что для оффективноП работы агрегата при взрыве зарядов ЕБ приобретенная локализатором кшютн-/ческая энергия должна восприниматься и гаситься амортизатора:;.!!. Податливость последних и масса локализатора определены с учетом величины динамических нагрузок Езсыва и ускорения локализатора, при котором ударные силы, передаваемые на.раму агрегата не превышают допустили значений для нормальной и безотказно? работы элементов автоматики. Исходя из этого условия -определена параметры локализатора агрегата.

Результаты, полученные на основе ппоседешзгэ анал:ш;чсс~

кого исследования, бык Подтверждены экспериментальными исследованиями на моделях с последующей проверкой их в рроизводст-венннх условиях.

Установленные рациональные параметры буровзрывных работ явились базой для разработки способа поточной буровзрывной отбойки крепких руд (а.с. ;,'81о223), при которых максимальное сокращение цикла ВЕР при отбойке крепких ( | =12-14) руд в длинных очистных забоях достигается путем одновременного бурения -1...Й коротких, длиной 1,0...1,4 м, шпуров, расположенных в одном вертикальном ряду при значении ЛНС, равном 0,68 м, заряжания этих шпуров полностью снаряженными унитарными патронами ВВ и инициирования их без вывода агрегата из забоя во время взрыва за счет использования средств дистанционного уп равления и локализатора. На основе выполненных исследований разработана конструкция и изготовлен полноразмерный рабочий макет агрегата (104406-1, 1093052, 1438315) длл осуществления способа поточной буровзрывной отбойки крепких руд.

Если принципы вибора систем разработки полезных ископаемых подробно исследованы и широко освещены в трудах советских и зарубежнщ уча них, то методические вопросы целенаправленного создания новой технологии по существу цата не ставились. Поиск идей, приводящих к более совершенной технологии, преимущественно носит случайный, интуитивный характер, что Но исключает оаибок вследствие игнорирования существенных факторов.

В связи с этим в третьей главо разработаны методические положения для обоснования структуры поточной технологии буровзрывной выемки крепких руд в длинных очистных забоях на осно-ес использования одного из наиболее разработанных методов поиска новых, технических решений - морфологического моделирования. Блок-схема алгоритма реализации методических положений показана на рнс.З. . ' :

При ггастрсг!:!!! структурно-функциональной модели (ЙШ исследуемой гисгс'ты в качестве методологической основы использован системны« анализ, -который сводится в основном к разбиении слолиой сист^-л! на отдельные оз элементы (подсистемы). На основе инйсрыаиил о существующих технологиях поточной пиемии и непосредственного обобщения их структур построена СШ поточной буревзрыяной сне и крепких руд, вюгочакгдая в себя все основ-

Блок-схема алгоритма реализации методических положений для обоснования рациональной структуры поточной технологии буровзрывной выемки крепких руд

нет

Разработка эффективных решений с использованием метода морфологического анализа - построения морфологической таблицы ШТ)

Рис.3-

нпе процессы, обеспечивающие функционирование системы при выполнении предъявляемых к ней требований.

На основе построения граф-модели проведено системное исследование каждой подсистемы технологии поточной буровзрывной виемки крепких руд и осуществлен отбор предпочтительных решений в элементах (подсистемах), исходя из разработанных требований.

Разработка новых элементов технологии осуществлялась с применением морфологической таблицы (МТ), которая представляет собой систематизацию в наглядной форме возможных в данных ус-' ловлях решений. Построение МТ обеспечивает системность поиска, создает основу для объективного выбора, что в конечном счете существенно повышает уровень совершенствования1технологии по сравнению с инженерно-эвристическим методом.

На основе применения ЫТ осуществлены совершенствование И разработка отдельных элементов технологии поточной буровзрывной выемки крепких руд (а.с. И> 1438315, 1559195).

В диссертации возможные варианты технологии поточной буровзрывной выемки крепких руд показаны в виде морфологической таблицы. . ■

Для определения рациональной структуры и условий эффективного функционирования поточной технологии буровзрывной выемки крепких руд в четвертой главе разработана математическая модель по критерию адаптации. При этом были использованы методические обновы моделирования технологических процессов по критерию адаптации, предложенные проф. Е.И.Роговым.

Для построения математической модели определен вектор управляемых характеристик и параметров исследуемой технологии й обоснованы их вариации.

Качественные характеристики системы:

х = (х1,-х2, х3;...,х8) (4)

где Х| - тип забойного транспортного устройства при взрывной отбойки руды; Х£ - тип крепи-опалубки при взрывной отбойке; Хд - способы изоляции призабойного пространства от утечки закладки; Х^ - порядок отработки месторождения; Хд - способы создания ровной поверхности кровли; Хд - способы создания ровной поверхности почвы; Х- - способы полного заполнения выработанного пространства закладкой; Хд - способы ускорения схватывания закладки.

Л4

.Целочисленные параметры: Е - число лав в выемочном столбе.

Непрерывные параметры:

7=(У1,У2, У3) ' (5)

где длина очистного забоя,м; У^- величина Л.Н.С.,.м; Уд -длина шпура, м.

Исходя из возможных вариантов технологии определены вариации качественных управляемых переменных.

Множество Хт^ ^ - пластинчатый конвейер типа КШ; Х^ 2~ самоходная транспортная машина. Множество I" кРепь-опа-

лубка тина А1Ю-2; ^ 2 ~ крепь-опалубка шагающего типа. Множество Хд:Хд л - закладка жесткими смесями; Хд использование специальной конструкции опалубки с герметизирующими элементами; Х3 з - комбинированный способ. Множество нисходящий

порядок; Х4 2 ~ восходящий порядок. Множество £ - вырав-

нивание почвы предвдущего слоя; Х§ ^ ~ создание компенсационной щели между .слоями. Множество Х^Хц ]■- выравнивание почвы роботом-чистильщиком; Х^ бурение дополнительного оконтури,-вавдего шпура у почвы забоя; Х^ 3- комбинированный способ. Множество Ъу'Лг) применение в составе закладки расширяющихся компонентов; Ху напорное бетонирование; Хг, прессование закладки с помощью опалубки. Множество Хд:Хд использование . в составе закладки интенсификаторов твердения; воздейст-

вие на закладочный массив с помощью теплового источника'; Хц 3-комбинированный способ.

Установлены границы вариаций непрерывных и дискретных параметров поточной технологии буровзрывной выемки крепких руд. '

20 м « Ы,й 120 м 0,5 и « I ы 0,68 и* Ьа * 5 ы

. В соответствии с особенностями поточной технологии буро- . взрывной выемки крепких руд были определены пересекающиеся параметры агрегата и среды ( Д П 8). Обозначив пересекающиеся параметры через и среды напишви

?«=И<ч> "ИМ

.% - Мм. ? ? ¿л) •'

("1," к - пересекающихся параметров двух систем. Фиэи-

м--:к!г соот-^тетздкячие пары пересекающихся параметров систем

[■риг'"',':-!'." ч табце I.

Таблица I

Н-Ч-ес:-ктощиеся параметры агрегата (А) и среды ( 3 )

(Индекс: I Параметры агрегата ! Индекс

Ь'псотч вынимаемого слоя

Ё^ПЧТР'МШОО устойчивое обнажение по-

закладочного Ьасс'.1ва)непосред-стяеыной кровли

С".о:пен1:е массива" кровли

Размеры неровности почвы, получаемые при буровзрывном

способе

Размеры неровности груди забоя

Давление от взрыв-ног нагрузки

Гр а ну л оме т рп те с ки О состав взорванной руды

Интенсивность потока руды нэ забоя

Давление рновь возводимо" закладки на опалубку

Изменение прочности закладки

Границы раэдвижности у3 ^ секций крепи

Допустимое обнажение непосредственной

у8 г КрОВЛИ

Уз.з «9.4

Ув.5 У».«

У*,7 У|,8 Ум

Податливость секций крепи

Допустимые размеры неровности для данной конструкции крепи при перемещении

Минимальная допустимая длина шпуров Реакция амортизатора на локализатор

Допустимые размеры куска при транспортировании

Максимальная производительность забойного транспорта

Реакция гидроцилиндров на опалубку

у»,о Допустимая прочность закладки при которой мочено передвинуть опалубку

Уа,1 Ум

Уа.з Уа,4

Уа,5 Ум Уа.7

Уо.»

Уа.9

Уапо

Для определения критерия адаптации пересекающихся параметров агрегата и среды установлены законы их распределения. Построена математическая модель поточной технологии буровзрывной впемки крепких руд по критерию адаптации в следующем виде:

для лвсюго пути ^ е Ма (6) нз графе & = (Х,Г) ■ имеем (|ункци;о цели

5ч>(и1, V, Лщ] —^

.и ¿¡ц (/)

при следующих ограничениях

20 к £ у, £ 120 ы 0,5 ы £ ^ I м 0,68 ы £ у3 й 5 м где йЦ^)- области неработоспособного состояния агрегата в среде.

В результате поэтапной оптимизации математической модели поточной технологии буровзрывной выемки крепких руд по критерию адаптации получено следующее оптимальное решение в пространстве Нп качественных характеристик

Хо = Х1,1; Х2,2; Х3,3' Х4,1; Х5,2; Хо,з5 Х7,2; ХЬ,I и в пространстве Н количественных непрерывных параметров

У1>0 * 50 ы; У2)0 = 0,68 м; У3 = I...1,37 м.

В пятой главе исследована технико-экономическая эффективность применения поточной технологии буровзрывной выемки крепких руд и установлена целесообразная область ее использования.

Прогнозируемая величина очмдаомой суточной нагрузки на очистной забой А0 т может определяться по слецушрК формуле

д ._1щ пем к'г ечпкп_

Смт ~___ГГТц(Г«-№), . Ься . гкини] . 1оз \ '

где Тем - длительность рабочей смены, мин; 1| - длина лавы, ы; Н - высота вынимаемого слоя, м; у - плотность руды в массиве, т/м3; К¡- - коэффициент готовности поточной технологии; Тц - продолжительность одного цикла, с; - продолжительность холостого хода агрегата поточной буровзрывной отборки вдоль забоя лавы, с; 1»св- продолжительность вспомогательных операций, с; ^8НЦ - продолжительность концевых операций, с; - продолжительность отрицания схватывания закладки , с.

здесь о( - коэффициент, учигвкагзд:Я вляшиш обпзшзж-юто тс.зя-

спорта, энергоснабжения, снабжения материалами и запасными частыми; N - число троссгаечпхся параметров агрегата и С[Г"Л!, влиет""'гих !гп нагрузку; ^(й)- значение критериев адаптации для ] пары пересекающихся параметров среди и агрегата; Кг - коэффициент готовности комплекса.

На оис.4 покаэгша зависимость среднесуточной нагрузки на очистной забой от длины лавы при различных значениях К{-Дс

Рис.4 Изменение среднесуточной нагрузки на очистной забой в зависимости от длины лавы

1,2,3,4 - при Нр, равном соответственно. 0,3; 0,4; 0,5; 0,6.

О 20 40 60 80 100 120 Цм (¿0

Из графика видно, что среднесуточная нагрузка резко падает при длине ляпы менее 50 м из-за простоя комплекса на время ожидания схватывания закладочного массива. При длине лавы 00 и достигается максимальная среднесуточная нагрузка на очистной забой, дальнейшее увеличение длины лавы прироста практически не дает.

В работе .излагается методика определения экономической целесообразности применения комплекса поточной буровзрывной ' выемки крепких руд.

При подсчете себестоимости добычи I г руды комплексом поточной буровзрывной внемкк крепких руд учтены зависимости среднесуточно ч нагрузки на очистной забой и стоимости оборудования и затрат на электроэнергию от длины лавы.

На рис.5 показана технико-экономическая эффективность применения комплекса в сравнении с самоходным оборудованием, из которой вддно, что дио при низком коэффициенте готовности (к|,-0,3) достигается существенная экономия, при этом целесообразно испэлъэиплть комплекс при длине лапы более 30 м.

ЕШС Mii

Fiiij.o Гоповгт ¡jiuj-nawi4t:Ci;aH з.фрл;-

тивиость комплок-

ea поточной буровзрывной buumu'h крепких рун

1,2,3,4 - при Kj,, равной с о от вото т-вонпо 0,3; 0,4; 0,5; 0,6.

¿A. M

Наибольшая экономическая эффективность достигается при длине лавы tj =80 и и составят при Кр-0,3 н сравнении с самоходным оборудованием 1742 тыс.руб. на один комплекс поточной буровзрывной выемки крепких руд.

На основе вьшепро веденных исследований разработан ьариаит технологии, поточной буровзрывной выемки, который был принят для составления ТЭО целесообразности проектирования ir строительства подземного рудника "Мир" ШЮ "Якуталмаз".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертации дано новое решение актуальной задачи - обоснование рациональной структуры и условий эффективного функционирования /тоточкой технологии выемки крепких руд в длинных очистных забоях. Основные научные к практические результаты, полу-' ченные в ходе проведенных исследований,заключаются в следующим:

I, На основе выполненного экстраполяционного прогноза шлв-лены тенденции развития техники и технологии очистных работ для подземных рудников СССР, указывающие на необходимость и своевременность разработки поточной технологии выомки крепких руд.

'¿. На базе системного анализа с использованием метод« морфологического моделирования разработаны методические положения для обоснования структуры поточной технологии буровзрывной bijum-ки крепких руд: построена структурно-функциональна« модель предлагаемой технологии с разработкой к ной требований; проведано системное исследование отдельных подсистем технологии п осущест-

елей отбор предпочтительных решений в элементах исходя из разработанных требований. При этом разработка новых вариантов технологии осуществлялась с применением морфологической таблицы(МТ), представляющей собой систематизацию в'наглядной форме возможных в чанных условиях решений в элементах. Отдельные элементы поточной технологии защищены авторскими свидетельствами (а.с. Ш 10140, И, 1093052, 1438315, 1559195).

3. Разработана математическая модель поточной технологии буровзрывной выемки крепких руд. Определены управляемые параметры и характеристики предлагаемой технологии и возможные их вариации, обоснованы пересекающиеся параметры среды и технологии

и установлены законы их распределения, с применением поэтапной оптимизации модели получено рациональное ее решение 6 пространствах качественных характеристик и количественных непрерывных параметров.

4. Получена аналитическая зависимость среднесуточной наг-т рузки на очистной забой от длины лавы при различных значениях коэффициента готовности комплекса. Установлено, что среднесуточная нагрузка существенно пад-зет при длине лавы менее 50 м из-за простоя комплекса на время ожидания схватывания закладочного массива. Выявлено.. что' при использовании комплекса поточной буровзрывной выемки крепких руд мзке! мальная экономическая эффективность достигается при длине лавы 80 м и является эффективной дс^е при низком значении коэффициента готовности (1^=0,3, как у существующих механизированных угольных комплексов).

5. Разработан новый способ поточной буровзрывной отбойки крепких руд, обеспечивающий существенное повышение производительности по сравнению с обычным цикличным буровзрывным способом

(а.с. 816223). Аналитическими и экспериментальными исследованиями обоснованы рациональные параметры способа, позволяющие максимально сократить микроцикл "бурение-эаряяание-взрывание", исключить операцию вывода оборудования из забоя во время взрыва, получить кондиционную кусковатость руды для эффективной безаварийной эксплуатации погрузочных и транспортных забойных машин.

5. Для реализации предложенного способа определены рациональные параметры, разработана конструкция и изготовлен полноразмерный рабочий макет агрегата поточной буровзрывной отбойки крепких руд {а.с. № 1044004, 1093052, 1438315). Установлена аналитическая зависимость производительности агрегата от его конструктивных и технологических параметров.

7. Экономический эффект при поточной буровзрывной выемке крепких руд по сравнению с цикличной технологией с самоходным оборудованием составит не менее 1,7 млн.руб. на один комплекс в год.

В. Полученные результаты исследований использованы при разработке варианта поточной технологии внемкй руд, который был принят Для составления ТЭО целесообразности проектирований и строительства подземного рудника "Мир" ПНО "Якуталмаэ" и рабочего макета агрегата поточной буровзрывной отбойки.крепких руд, созданного В ИГД АН КазССР.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Роботизация - средство коренного улучшения гигиены труда и ликвидации травматизма -на подземных горных рабогах//Повы-

. шение безопасности оборудования и технологических процессов на основе применения средств автоматической защиты и промышленных роботов: Тез.докл. Всесоюзн.Науч.-техн.конф. 18-20 ноября 1981. -Казань, 1981. -. С.53 (Соавтор А.М.Ткаченко). .

2. Определение структуры очистного роботизированного комплекса для выемки .крепких руд//Проблема комплексной роботизации

. и внедрения автоматических и автоматизированных систем управления в народное хозяйство Казахстана: Тез.докл.Республ.науч.-практ;конф. 9-10 октября 1985. - Алма-Ата, 1985. - с.35.

3. Определение производительности буровзрывного комбайна// Совершенствование подземной разработки месторождений руд черных и цветных металлов: Материалы Всесоюзн.науч.-техн.конф. 26-28 сентября 1984. - Алма-Ата. .-Наука, 1986. - с.191-192 (соавторы . А.М.Ткаченко, М.Ч.Ан). "7"?

4. К обоснованию параметров агрегата непрерывной буровзрывной отбойки крепких руд//Проб леш комплексного освоения недр: Тез.докл. I региональн.науч.-техн.конф. 18-19 октября 1989. -Караганда, 1989. - с.86-89 (Соавтор А.М.Ткаченко). t

•■ 6. -К оценке тенденций развития техники и технологии-подзем-ноЯ добычи крепких руц//Проблема комплексного освоения недр: Тез.докл...¡.региональн.науч.-техн.конф. 18-19 'октября 1989.-Ка-. рагавда» 1989. - с.85-86 (Соавтор А.К.Гкаченко). ;

6...Обрснование,условий .эффективного функционирования по-»очной безлюдной технологии буровзрывной выемки крепких руд// ■ Электрификация ¿ащин и рсботизация процесс о в добычи руд подзём- .-

ним способом: Тез.докл. Реслубл. науч.-техн.конф, - Алма-Ата, 1990. - с. 35.

7. Возможные пути повышения надежности машин комплекса непрерывной безлюдной выемки крепких-руд// Электрификация машин и роботизация процессов добычи руд подземным способом; Тез.докл.Республ.науч.-техн.конф. - Алма-Ата, 1990. - с. 37.

8. A.c. 816223, СССР, МКИ E2IC37/00, Р42ДЗ/04 Способ буровзрывной отбойки горных пород (Соавторы С.С.Музгин, A.M. Ткаченко) (СССР). - 4 с. ДСП.

9. A.c. 1044054, СССР, МКИ E2IC37/00 Агрегат для производства буровзрывных работ (Соавторы С.С.Музгин, А.М,Ткаченко, С. В. Шипов, В. А. Свище в) (СССР). - 4 с. ДОТ.

10. A.c. 1093052, СССР, ИМ S2IC37/00 Агрегат для производства буровзрывных работ (Соавторы A.M.Ткаченко, М.Ч.Ан) . (СССР). - 4 с. ДСП.

11. A.c. I4383I5, СССР, МКИ E2IC37/00 Агрегат для разра-. ботки крепких скальных пород (Соавторы A.M.Ткаченко, Э.А.Яхъя-ев, Р.В.Вагапов, Н.Б.Солтыбаев) (СССР). - 5 с, ДСП.

12. A.c. I559I95, СССР, МКИ ЕЭД23/18 Устройство для передвижки секции механизированно? крепи (Соавтор A.M.Ткаченко) (СССР). - 4 с.

заказ 51 тираж 100

Отпечатано на ратопряит» ИГД All Каз. ССР