Введение к работе
Актуальность проблемы. Научные направления комплексного освоения недр, разработанные академиком Н.В.Мельниковым и получившие широкое развитие в трудах академика МКАгошкова и других ученых, не потеряли своей актуальности и в настоящее время.
Одним из возможных механизмов осуществления данных направлений является разработка и внедрение новых прогрессивных экскаваторных технологий, позволяющих интенсифицировать производство, производить малоотходные селективные работы и обеспечить ресурсосбережение.
Анализ мирового опыта эксплуатации выемочно-погрузочного оборудования на карьерах показал широкое использование гидравлических экскаваторов (в дальнейшем - гидроэкскаваторов) с вместимостью ковша до 26 мЗ. Западная Европа выпускает только карьерные гидроэкскаваторы, в США их доля достигает 60% от общего объема выпуска. Уралмашзаводом ("УЗТМ") освоен выпуск гидроэкскаваторов с вместимостью ковша 8... 20 мЗ.
Комплексное освоение . (разработка) месторождений предусматривает систему технических, экономических и организационных методов и средств, обеспечивающих добычу минерального сырья и его последующую переработку для достижения оптимального уровня извлечения из добытого сырья основных и попутных компонентов и утилизацию отходов производства. *
Дальнейшее повышение эффективности открытых горных работ возможно путем применения технологий на базе универсального выемочно-погрузочного оборудования - гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия (ЭГД). Отсутствие научно обоснованных технологических решений в данной области является сдерживающим фактором.
Существующие технологии для ЭГ и ЭГО не взаимозаменяемы и требуют перевооружения рабочего оборудования с прямой лопаты на обратную (или в противоположной последовательности). Это влечет дополнительные затраты на приобретение стрелы, рукояти и
* Горное дело: Терминологический словарь / Г.Д.Лидин, ЛДВоронина, ДЛ.Каплунов и др. - 4-е изд. - Недра, 1990. - 696с.
ковша и времени на демонтаж и монтаж а в ряде случаев -дополнительной единицы гидроэкскаватора, что снижает эффективность использования оборудования и повышает капитальные затраты.
Принцип работы ЭГД позволяет предположить их эффективное применение при комплексной разработке месторождений, которая объединяет в себе широкое понятие. Это не только селективная выемка полезных ископаемых, но и отработка складов полезных ископаемых, вовлечение в эксплуатацию запасов минерального сырья, находящихся во временной консервации.
Таким образом, теоретическое обоснование технологий применения карьерных гидроэкскаваторов при комплексной разработке месторождений делает исследования актуальными.
Экономическая часть исследований была выполнена в Джиономикс институте (Мидделбери, Вермонт, США) в 1993-1994 гг.
Цель работы заключается в теоретическом обосновании технологий применения карьерных гидроэкскаваторов при комплексной разработке месторождений.
Идея работы - состоит в расширении технологических возможностей карьерных гидроэкскаваторов на основе универсальности использования ковша - прямым и обратным способом и переменной его вместимости.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Объем копания с одной точки стояния для гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия в 1,3 ... 1,5 раза больше, чем для обратных лопат и в 2,6 ... 2,8 раза - для прямых лопат с одинаковыми параметрами максимального радиуса черпания и сектора копания.
-
Повышение эксплуатационной производительности гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия в среднем на 6% по сравнению с обратными лопатами достигается за счет комбинированного способа разгрузки ковша при использовании его поперечной подвижной стенки.
-
Энергоемкость экскавации для гидроэкскаваторов, работающих в режиме прямая лопата с экскавационным способом черпания и погрузкой на уровне стояния, на 10% ниже, чем для мехлопат, а при совмещенном способе черпания - на 65%, чем при экска-вационном и комбинированном, для гидроэкскаваторов, работающих
с нижнем черпанием, энергоемкость экскавации на 30% ниже при нижней погрузке, чем при верхней.
4. Технологии применения карьерных гидроэкскаваторов с
принципом копания ковша двойного действия при комплексной
разработке месторождений обеспечивают по сравнению с
мехлопатами:
производство селективной выемки полезных ископаемых без потерь и снижение величины разубоживания в 2 раза для залежей с углом падения 0 ... 90 ввиду возможности черпания ковша по любой траектории забоя;
экономию на 40% экскаваторного парка при бестранспортном проведении траншей за счет совершенствования организации работ;
интенсификацию процесса расконсервации временно нерабочих бортов карьеров в 1,5 раза на основе применения новых технологий.
5. Технологическая гибкость системы выемочно-погрузочное
оборудование - транспорт достигается за счет применения гидро
экскаваторов с принципом копания ковша двойного действия,
позволяющего не только работать в режиме прямой и обратной
лопаты, но и обеспечивать работу с траспортом различной грузо
подъемности и по разным погрузочным схемам ввиду переменной
вместимости ковша.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обусловлена применением современных научных методов исследований и положений численного моделирования с использованием расчетов на персональных компьютерах, проверкой значимости коэффициентов корреляции (г = 0,61 ...0,82) для зависимостей технологических параметров гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия по критериям вероятностно-статистического анализа (вероятность р = 95%) и внедрением исследований в проектных организациях.
Научная новизна работы состоит:
в установлении закономерностей процесса черпания карьерных гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия, объясняющих влияние горнотехнических условий разработки на их производительность и энергоемкость экскавации;
в разработке исследовательских методик для обоснования параметрического ряда карьерных гидроэкскаваторов с принципом
копания ковша двойного действия, энергоемкости экскавации гидроэкскаваторов;
в обосновании технологических решений, обеспечивающих полноту выемки полезных ископаемых и повышающих эффективность горных работ при комплексной разработке месторождений;
в разработке экономического критерия эффективности технологий применения карьерных гидроэкскаваторов - годового процента прироста капитала (прибыли), учитывающего дополнительную прибыль за счет косвенного эффекта от внедрения новой техники.
Научное значение работы состоит в следующем:
расширение технологических возможностей карьерных гидроэкскаваторов на основе универсальности использования его ковша явилось основой для создания нового класса выемочно-погрузочного оборудования - карьерных гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия, внедрение которого возможно в короткие сроки в связи с поузловой и поэлементной унификацией моделей прямых и обратных лопат;
исследование рабочих параметров технологий применения карьерных гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия доказало, что разработанные технологии могут "вписываться" в существующие, не усложняя, а дополняя их.
Практическое значение работы состоит
в обосновании технологий применения гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия в качестве основного и вспомогательного выемочно-погрузочного оборудования карьеров практически в любых горнотехнических условиях производства открытых горных работ;
в создании инженерных методов и программного обеспечения расчетов на персональных компьютерах технологических параметров применения гидроэкскаваторов;
в использовании разработанных методик и рекомендаций организациями научного и проектного профиля.
Реализация результатов работы. Расчеты рабочих параметров гидроэкскаваторов, производительности, технологических схем производства открытых горных работ переданы для внедрения в институт Уралгипроруда (Екатеринбург): ожидаемый годовой экономический эффект в расчете на один гидроэкскаватор с принципом
копания ковша двойного действия с вместимостью 5 ... 10 мЗ составит 5 млн. руб. в ценах на 1.07.92 г.
Конструктивные параметры гидроэкскаваторов с принципом копания ковша двойного действия (с универсальным рабочим органом) приняты к внедрению в отделе гидравлических экскаваторов НИИтяжмаш "УЗТМ" (Екатеринбург).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались в отделе гидравлических экскаваторов НИИтяжмаш "УЗТМ" (Екатеринбург, 1992 г.), в институте Уралгипроруда (Екатеринбург, 1992 г.); в институте НИИОГР (Челябинск, 1994 г.).
Принято участие в работе: Республиканской научно-технической конференции "САПР" горнодобывающих предприятий" (Ташкент, 1984 г.), II Отраслевой научно-технической конференции молодых ученых ИГД МЧМ СССР (Свердловск, 1985 г.), III Всесоюзной конференции молодых ученых ИГД МЧМ СССР (Свердловск, 1986 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Социально-экономические проблемы развития народного хозяйства севера СССР" (Мурманск, 1990 г.), XXIV Всесоюзной школе по автоматизации научных исследований (Апатиты, 1990 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Совершенствование технологии горного производства для снижения негативного воздействия на окружающую природную среду" (Кривой Рог, 1991 г.), Всесоюзной школе молодых ученых "Современные методы разработки и обогащения полезных ископаемых при комплексном освоении месторождений" (Алма-Ата, 1991 г.), V Всесоюзной научно-технической конференции "Интенсификация горнорудного производства" (Свердловск, 1991 г.), Всесоюзном совещании "Проблемы рационального освоения минеральных ресурсов ("Мельниковские чтения")" (Хабаровск, 1991 г.), Всесоюзной конференции молодых ученых "Добыча и обогащение комплексных руд" (Апатиты, 1991 г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 23 печатных работах, включая 3 монографии. Всего по теме диссертации опубликовано 40 работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, заключения и 2 приложений, содержит 240 страниц, 30 таблиц, 30 рисунков и список литературы из 183 наименований. В приложении приведены программы расчета объемной
модели процесса копания карьерных гидроэкскаваторов с рабочим оборудованием прямая, обратная лопата и с принципом копания ковша двойного действия на компьютерах и документы с внедрениями результатов работы.
Автор выражает искреннюю благодарность за ценные научные консультации профессорам, докторам техн. наук ОДАлимову, КШАнистратову, а также ведущим специалистам в области проектирования и эксплуатации гидравлических экскаваторов канд. техн. наук ЛССкобелеву и В.ССеменникову НИИтяжмаш "УЗТМ" и главному специалисту в области проектирования открытых горных работ ВГДрачеву АООТ "Уралрудпромпроект" за оказанную помощь и советы в процессе выполнения работы.