Введение к работе
Диссертация, представленная в форме научного доклада, содержит краткое изложение, теоретическое обобщение и анализ полученных и опубликованных автором в течение І972-19У0 гг. результатов поиска и научного обоснования рациональных технических решений, обеспечивающих, на основа их реализации в конструкциях крутонаклонных конвейерных подъемников, баспзрегрузочную доставку крупнокусковой горной массы из глубоких горизонтов на действующие средства транспорта по наикратчайшим трассам в карьерах и оценку практической и научной значимости и эффективности использования на железорудных карьерах основных выводов и рекомендаций.
Актуальность проблемы. Современное состояние открытых горнах работ характеризуется переходом на отработку глубоких (нигэ 200 м) горизонтов карьиров. Только в системе черной металлургии UUCP (по опубликованным данным) уже 10 карьеров имеют по контуру глубину от 200 до 280 м, а еще на трех глубина разработки руд превысила 300 и. Всего на глубоких карьерах добывается около 50 % руды и 60 %горной массы от общего их объема но подотрасли. В ближайшей перспектива-средняя глубина 21 действующего крупного карьера достигнет 410 м.
С увеличением глубины карьеров ухудшаются горнотехнические условия разработок, снижается процентное содержание полезного ископаемого в руде, повышается доля скальной горной массы, увеличивается дальность транспортирования. Стесненность рабочего пространства, ухудшение условий проветривания и необходимость в связи с этим ограничения числа одновременно работающих механизмов, при заданной производительности предприятия по конечному продукту, обусловливают интенсификацию процессов в глубоких карьерах и целесообразность доставки горной массы без вторичного дробления после буровзрывных работ по кратчайшим трассам экологически более чистыми средствами транспорта.
Для решения проблем тлубоких карьеров Постановлением Совета Министров СССР Л 1140 от П.12.1980 г., Постановлением ГКНТ СССР и Госплана СССР № 473/249 от 12.12.1980 г. разработана и широкомасштабно внедряется целевая научно-техническая программа ОЦ 039 "Развитие техники и технологии добычи и обогащения полезных ископаемых и внедрение циклично-поточной технологии (ЦПТ) горных работ отктштым способом". Новая технология базируется на исполь-
зовании комбинированного (авгомобильно-конвейерного и реже хв~ лезнодороашо-конвейерного) транспорта, основу которого составляет конвейерный подъемник, состоящий из серийных ленточных конвейеров и дробильно-загрузочиого пункта, обеспечивающего транспортабельность горной массы.
Опыт проектирования, строительства и эксплуатации комплексов ЦПТ на карьерах Ш СССР вскрыл, наряду с известными преимуществами перед цикличной те оологией, и их недостатки, к которым следует отнести: низкий уровень показателей эксплуатационной надежности поточно-транспортной системы (ПТС) комплексов ЦПТ при транспортировании скальной горной массы, высокую стоимость дробильных комплексов и необходимость их переноса через каждые 4-5 лет при понижении горных работ на 80-120 м.ввв возрастающую длину плеча достаточного транспорта с понижением горных работ.
Не менее сложные задачи возникают при цикличной технологии, базирующейся на автомобильно-нелезнодорокном транспорте: высокая стоимость и необходимость ввода железнодорожного транспорта в глубокие горизонты через те ке интервалы времени; организация экскаваторных перегрузочных пунктов на глубоких горизонтах, требующих для размещения значительных площадок; консервация руды в целиках под перегрузочными пунктами сдергивает развитие горных работ и др. Аналогичные проблемы имеют место при откатке вскрышных пород на внутренние отвалы средствами цикличного транспорта.
В проектных институтах отсутствуют новые, научно обоснованные решения по устранению указанных недостатков при обеих технологиях горных работ. Поэтомупроблема повышения эффективности производства в глубоких карьерах объективно связана с необходимостью технического перевооружения их на новых принципах с использованием соединительных конвейерных подъемников, обеспечивающих бесперегрузочную доставку крупнокусковой горной кассы из глубоких горизонтов на действующие средства транспорта под углами устойчивого откоса борга карьеров. Настоящая работа, направленная на поиск и создание новой, прогрессивной транспортной техника, обеспечивающей более высокий технический уровень и эффективность, является актуальной, имеет межотраслевое значение.
Тема диссертации в цюрме научного доклада включена в целевую научно-техническую программу 0Ц.039 (подпрограмма 0.09.01 Ц, задании 04 Тазраоотать и освоить в опытно-прошглешых условия*
циклично-поточную технологию и оборудоваше для производства горних работ по скальным породам на Жайремском ГОКе и вядагь исходные требования на .проектирование промглілоішого применения'' в координационное плани НИР и ОКР и плаяя освоения и внедрения новой техники Млнмята СССР.
Цель работы. Научное обоснование и внедрение раггаопалытх технических решений и разработка основ проектирования и раочетц соединительннх круто наклонных конвойернрх подъемников для комплексов комбинированного транспорта в глубоких карьерах.
Идея работы заключается в использовании в конструкпиях карьерннх конвейеров принципа независимости (автономности) при-меняемых единичных тяговых органов, обеспечиваю!це2оболе9 высокий технический уровень и эффективность фупкттионярованп.г КОНВОЙ ерных подъемников в глубоких карьерах.
Методы исследований. Исследования производились с использованием системного анализа, вариационных методов теории оптимального управления, численних методов прикладной математики, математического и физического моделирование, вичислительпого л физического экспериментов, методов рационального планирования экспериментов.
Основню научные положения.
-
Общим признаком классификации карьерннх конвейеров, определяющим рациональность их структуры и параметров, является принцип (закономерность) распределения нагрузки в силових элементах тягових органов, как критерий качества реализации их динамической прочности [10.-С.58-79, И.-Ч.Ш.-С.І9-29] .
-
Применение в конструкциях крутонахлонных конвейеров пространственно расположенных групп из независимых (автономных) тяговых органов обеспечивает максимальную сбалансированность их нагрузок и допускает бесперегрузочнух» доставку крупнокусковой горной массн с заданной глубинн под углами устойчивого отко са борта карьеров [10.-С.96-104, 128-134; П.-Ч.Ш.-С.29-37, 59-74; 16; 17; 21; 23; 32-34 ].
3. Чередование под пунктом погрузки участков пластинчатого
шлотна, связанных, как минимум через один, в независимые еди
ничные тяговые контуры, обеспечивает непрерывное функционирова
ние загрузочного узла при более высоком техническом уровне и
эффективности работы конвейера [10.-С.І04-ІІ5; 17.-С.46-50; 22;
35J .
4. Комплекс научно обоснованных, рациональных технических
решений, реализованных в конструкциях соединительннх подьемни-
&
ков с крутонаклонным пластинчатым конвейером, формирует новую концепцию развития комбинированного транспорта при более высоком техническом уровне и эффективности их применения в глусіоких карьерах{1-9; 10.-С.80-217; 11-29; 31].
Научная новизна результатов заключается в следующем:
научно обоснован и предложен критерий оптимальности в установлен оптимальный алгоритм управления для оценки рациональности структурных схем конвейеров, учитывающие динамические свойства тяговых органов;
дана общая классификация конвейеров на принципе распределения нагрузки в силовых элементах тяговых органов, на основе которой установлены новые, прогрессивные подклассы конвейеров
а пути дальнейшего их совершенствования применительно к условиям эксплуатации комплексов ДАТ в глубоких карьерах;
научно обоснованы новые технические решения, реализующие рациональные для глубоких карьеров структурные схемы конвейеров, отличающиеся максимальной сбалансированностью нагрузок в силовых элементах тяговых контуров;
исходя из научного анализа упруго-вязких свойств гягово-несущнх органов пластинчатых конвейеров установлены фазы разгона распределенных масс, усовершенствован метод их приведения и определены оптимальные законы изменения параметров электропривода во времени, на основании которых выявлены внутренние резервы прочности тяговых органов многоприводных конвейерных систем;
разработаны научные основы проектирования и расчета конструктивных, режимных и эксплуатационных параметров карьерных пластинчатых конвейеров с различными структурными схемами.
Научное значение работы состоит в научном обосновании и внедрении рациональных технических решений для формирования новой концепции развития комбинированного транспорта на основе соединительных крутонаклонных конвейерных подъемников, обеспечивающих беспёрегрузочную доставку крупнокусковой горной массы из глубоких горизонтов на действующие средства транспорта под углами устойчивого откоса борта карьеров.
Практическое значение работы заключается в разработке методических основ проектирования и расчета функциональных машин, рекомендаций и регламентов нэ проектирование типовых соединительных icpjro наклонных конвейерных подъемников, в создании и испытании опытных и опытнс-промышленных образцов конве.іеров, новизна которых заціплена 16 авторскими свидетельствами ка изобрв-
тения; разработка методики расчета и определения конструктивных и режимных параметров карьерных пластинчатых конвейеров.
Обоснованность я достоверность научных полоханий, впводов и рекомендаций обеспечивается:
в теоретических исследованиях - корректностью постановки задачи и использованием апробированных математических методов, фундаментальных положений по динамике машин, математических теорий оптимального управления, учетом важнейших физических особенностей исслвдуеного объекта, установленнях практикой и трудами многих весладовагелей, сходимость» теоретических исследований по разработанным моделям и иетодикаи с даннкми, полученными на основании апробированных методов flO];
в экспериментальных исследованиях - использованием высокоточных измерительных и измерительно-регистрирующих приборов
и систем, а таксе средств вычислительной техники (ДЗ-28, CM-I, Отари), обеспечнвакщах требуемые быстродействие и точность соответствием их динамических характеристик исслэдуемым процессам; экспериментальные данные, полученные в процессе стендовых исследований полномасштабных физических моделей и опытно-промишленних образцов имеют приемлемую точность и согласуется с результатами теоретических исследований [5; 10, 15, 18 3 .
Реализация -результатов -работа. Осяовныо пологания представленной диссортации, разработанные рекомендации, модели и католики использованы и внедрены:
ИГД ММ СССР и КарПТИ при разработке технологических заданий (ТДЗ) на проектирование опытно-промышленных участков ЦПТ о крутонаклонным пластинчатым конвейером на Кировохорском карьере Олеаэгорского ГОКа и Сарбайском карьере Соколовско-Сарбайскогс ГПО [16] ;
Гипрорудой при выполнении технико-экономического обоснования (ТЭО) строительства ОПУ ЦПТ на Кировогорском карьере ОГОКа и технико-экономических расчетов (ТЭР) по обосновании строительства ОПТ ЩТ на Сарбайском карьере ССГПО Г16, 17] ;
Гипроуглетормашеи (Мянуглапрома СССР) при выполнении проектных работ и изготовлении опнтно-промншленното образца магистрального пластинчатого конвейера П-8СЖ [10] ;
Гипрорудой и КарПТИ при разработке "Временного руководства по проектированию и расчету конвейерных линий с крутонаклон-нымн и другиш пластинчатыми конвейерами дан карьеров MM СССР"[І7і
- в учебном процессе III] студентами КаПТИ, специальностей 17.01 - "Горные машины а оборудование" и 24.01 - "Организация и управление перевозочным процессом на промышленном транспорте", при изучении профилирующих: дисциплин, курсовом и дипломном проектировании.
Расчетный годовой экономически! эффект (утв. Горным отделом Ш СССР в составе ТЛЗ 20.12.1969 г.) от внедрения комплекса ЦПГ о крутонаклоыдш пластинчатым конвейером на ОДУ ЦПТ Сар-байокого карьера ССГЇЇ0, в зависимости от его производительности и технологической высоты подъема горной массы, составляет от 0,9 до 5 млн.руб. [161.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и получили одобрение на координационных совещаниях по формированию годовых: и пятилетних планов НИР и ОКР Уинмета СССР (ГЭ84-1990 гг.),на совещании главных инженеров предприятий Главруды МЧМ СССР (1989 г.), на секциях НТС производственных объединений: ШО Союзруда (1986 г.), ПГО 7ралруда (1986 г.), Соколовско-Сар-байское ЛЮ (1988-1990 гг.), на Всесоюзных и Республиканских конференциях, семинарах и совещаниях по карьерному транспорту (1971, 1984, 1987 гг.) в г.Свердловске, I960 г. в г.Усть-Каменогорске, 1984 г. в г.Губкине, 1989 г. в г.Тбилиси, 1990 г. в г.Караганде, на заседаниях ученого совета института Гипроугле-гормаш (Караганда, 1982 г.) и ИГД АН КазССР (Алш-Ата, 1983 г.), на объединенном семинаре кафедр КарПТИ (Караганда, 1990 г.), на семинарах НТС института Гипроруда (Ленинград, 1990 г.) и ИГД Ш СССР (Свердловск, 1990 г.), на заседаниях кафедр СГИ (Свердловск, 19Э0 г.) и ЫГИ (Москва, 1990 г.).
Публикации. В диссертации в -дорме научного доклада использовано 35 научных публикаций, включающих одну монографию [10], пять брошюр [II, 16, 17] и шестнадцать авторских свидетельств СССР [20-35] , в которых изложены основные научные положения, вывода и рекоменцацки по работе.
В диссертации, кроме основные почохений и выводов по результатам исследований, обоснованных и сформулированных самостоятельно, использованы также материалы, опубликованные в соавторстве, как результат совместной научной работы над проблемой. Автор благодарен соавторам и соратникам по работе за оказанную помощь и сотрудничество в исследованиях, реализации и промышленной апробации работ и обсуждение ах результатов.