Полный текст

Введение Одним из новых направлений использования мрамора сегодня является производство, наряду с облицовочными плитами и мраморными изделиями, микроизмельченного мрамора, монофракционного мраморного песка с узкими границами по гранулометрическому составу, а также декоративного мраморного щебня. Рост выпуска этих перспективных видов продукции требует увеличения объемов добычи сырья и внедрения на карьерах высокопроизводительных горных машин. В связи с этим рассматривается возможность использования для разработки месторождений мрамора карьерных фрезерных комбайнов. Карьерные комбайны успешно применяются во многих странах мира при разработке месторождений угля, железной руды, бокситов, известняка, гипса, сланцев, фосфатов, соли, мела, алмазов [1-12]. Однако до сих пор нет достаточного опыта их использования при разработке месторождений мрамора. Определение основных параметров комбайна, использование которого наиболее целесообразно при разработке таких месторождений, связано с рядом специфических проблем, в первую очередь с физико-механическими свойствами мрамора. Несмотря на то что созданием и производством карьерных комбайнов занимались многие компании [13-18], подавляющее большинство из эксплуатирующихся сегодня на карьерах мира машин составляют комбайны фирмы «Wirtgen». В связи с этим целесообразно проанализировать параметры и показатели работы комбайнов этого производителя. Первый комбайн фирмы «Wirtgen» (модель 3000SM), предназначенный для работы на карьерах, был выпущен в 1980 г. и прошел всесторонние испытания. В 1983 г. первый экземпляр комбайна модели 1900SM был продан горно-добывающему предприятию в Южной Африке. На сегодняшний день на карьерах мира работает 422 комбайна различных моделей. Анализ тридцатипятилетнего опыта использования на карьерах комбайнов фирмы «Wirtgen» позволяет сделать выводы о направлениях их совершенствования и развития. Первые модели карьерных комбайнов имели три гусеничные тележки. Такое конструктивное решение себя не оправдало, и сегодня все комбайны фирмы «Wirtgen» имеют четыре гусеничные тележки. Эксплуатационная масса современных комбайнов увеличена в 1,5-2,3 раза в сравнении с первыми моделями. Мощность двигателя увеличена в 1,3-1,7 раза. В результате в 1,3-2,4 раза увеличилась глубина фрезерования, появилась возможность отрабатывать более крепкие породы, существенно выросла производительность комбайна. Определение мощности двигателя и эксплуатационной массы комбайна Важнейшим параметром, оказывающим существенное влияние на производительность карьерного комбайна, является ширина фрезерования. Ее увеличение позволяет повысить производительность, но одновременно требует роста мощности двигателя и эксплуатационной массы. В то же время мощность двигателя и масса машины влияют на ее цену и эксплуатационные расходы. В период с 1980 по 2016 г. фирмой «Wirtgen» были созданы и поставлялись на карьеры комбайны с шириной фрезерования 1900, 2100, 2200, 2500, 2600, 3000, 3500, 3700, 4200 мм. Они имели эксплуатационную массу от 27 до 204 т и мощность двигателя от 298 до 1194 кВт. При выборе комбайна, использование которого возможно в условиях конкретного месторождения, определение его параметров может осуществляться с помощью регрессионных зависимостей. С целью получения этих зависимостей были подвергнуты анализу технические характеристики современных карьерных комбайнов. В результате обработки исходной информации получены регрессионные зависимости, определяющие связь между шириной фрезерования (В, м), мощностью двигателя (Nд, кВт) и эксплуатационной массой (М, т) комбайна. Зависимость для определения мощности двигателя комбайна, кВт, имеет вид Nд= 373,45 B0,81. Величина коэффициента корреляции - 0,999. Зависимость для определения эксплуатационной массы комбайна, т, имеет вид M = 359,71 - 651,93B-1. Величина коэффициента корреляции - 0,988. Определение производительности комбайна при добыче мрамора Для получения зависимостей, позволяющих определять производительность комбайнов при добыче мрамора, в ноябре 2014 и мае 2015 гг. в условиях Коелгинского месторождения были выполнены хронометражные наблюдения за работой карьерного комбайна фирмы «Wirtgen», модель 2500SM. Определялись оптимальные скорость и глубина фрезерования, а также время, затрачиваемое комбайном на маневры, осуществляемые в ходе его работы. Мрамор Коелгинского месторождения имеет плотность от 2,63 до 2,73 г/см3. Предел прочности при сжатии - от 24,30 до 111,60 МПа (в среднем 73,10 МПа). Измерения, выполненные в условиях Коелгинского месторождения, показали, что рациональная рабочая скорость комбайна при фрезеровании мрамора V составляет 7-9 м/мин, а глубина фрезерования h - от 0,1 до 0,15 метра. Увеличение рабочей скорости и глубины фрезерования вышеуказанных значений приводит к повышенному расходу резцов, повышенной вибрации, пробуксовке гусениц, изменению фракционного состава продукции. Комбайн осуществлял отработку участков по двум основным технологическим схемам: по схеме с разворотом в конце участка фрезерования (рис. 1, а) и по челноковой схеме (рис. 1, б) с возвращением комбайна к началу участка холостым ходом [19-20]. Рис. 1. Схемы работы комбайна: а - с разворотом в конце участка, б - челноковая с возвращением к началу участка холостым ходом При этом, как показали хронометражные наблюдения, время, затрачиваемое на разворот комбайна, составляет 10 мин, а скорость холостого хода при возвращении комбайна к началу участка равна 20 м/мин. Погрузка горной массы осуществлялась в автосамосвал Белорусского автозавода БелАЗ-7540 грузоподъемностью 30 т, а также автосамосвалы китайских производителей SHACMAN и САМС грузоподъемностью 25 т. В результате исследований были получены зависимости, позволяющие оперативно определять производительность комбайнов (Q, м3/ч), разрабатывающих месторождения мрамора, при различной ширине фрезерования (В, м). Они использовались для расчета производительности комбайна модели 2500SM фирмы «Wirtgen» при добыче мрамора по различным схемам и на участках различной длины (таблица). Зависимости для определения производительности комбайна при добыче мрамора по различным схемам (при V = 7 м/мин и h = 0,1 м) Длина участка, м Зависимость для определения производительности комбайна, м3/ч Производительность комбайна фирмы «Wirtgen» 2500SM, м3/ч Схема работы с разворотом 100 Q = 24,20B 60,5 200 Q = 30,71B 76,77 300 Q = 33,73 B 84,32 400 Q = 35,51 B 88,77 500 Q = 36,61 B 91,52 Челноковая схема 100-500 Q = 30,90 B 77,25 С использованием приведенных зависимостей построена номограмма, позволяющая оперативно определять мощность двигателя, эксплуатационную массу и производительность карьерных комбайнов с различной шириной фрезерования при разработке месторождения мрамора (рис. 2). Рис. 2. Номограмма для определения мощности двигателя (Nд, кВт), эксплуатационной массы (М, т) и производительности комбайнов (Q, м3/ч) с различной шириной фрезерования (В, м) при разработке месторождения мрамора: схема с разворотом комбайна, челноковая схема Однако необходимо учесть, что при работе комбайна имеют место потери времени, связанные с заправкой топливом и водой, заменой изношенных резцов, ожиданием автосамосвалов, установкой их под погрузку и т.п. Эти потери времени учитываются с помощью коэффициента использования комбайна Kи. В связи с этим сменная эксплуатационная производительность комбайна Qсм, м3/см, определится по формуле Qсм= Q Тсм Kи, где Тсм - длительность смены, ч; Ки - коэффициент использования комбайна на выемке горной массы. Выводы Анализ технических параметров карьерных комбайнов, а также исследования, выполненные на Коелгинском месторождении, позволили получить регрессионные зависимости, которые могут использоваться при оперативном определении основных параметров и производительности комбайнов различных моделей при разработке месторождений мрамора. Построена номограмма для определения мощности двигателя, эксплуатационной массы и производительности комбайнов с различной шириной фрезерования при работе по схеме с разворотом и челноковой схеме. Предлагаемые зависимости и номограмма могут также применяться при прогнозировании основных параметров и производительности перспективных моделей карьерных комбайнов.

Об авторах

Игорь Николаевич Сандригайло

Автор, ответственный за переписку.
Email: arefevsa@yandex.ru
620144, Россия, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30

кандидат технических наук, доцент кафедры разработки месторождений открытым способом

Степан Александрович Арефьев

Email: arefevsa@yandex.ru
620144, Россия, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30

кандидат технических наук, доцент кафедры горного дела

Сергей Иванович Чеботарев

Email: arefevsa@yandex.ru
456576, Россия, Челябинская область, Еткульский район, с. Коелга, ул. Промышленная, 1

первый заместитель генерального директора

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 253

PDF (Russian) - 149

PDF (English) - 58

Ссылки

• Ссылки не определены.