Исследование эффективности технологии открытых горных работ с использованием дистанционного управления горными и транспортными машинами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.22, кандидат технических наук Баранов, Евгений Александрович

• Баранов, Евгений Александрович
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Баранов, Евгений Александрович

Введение

СОДЕРЖАНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Обзор научно-исследовательской литературы и практики открытых горных работ в области дистанционного управления производственными процессами.

1.2. Цель, задачи и методы исследования.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПУТЕЙ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ ГОРНЫХ РАБОТ НА КАРЬЕРЕ ИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СРЕДСТВ И ТЕХНИКИ ПРОИЗВОДСТВА

2.1. Варианты организации дистанционного управления горными и транспортными машинами в карьере.

2.2. Определение путей автоматизации горного оборудования для создания технологии дистанционного управления.

2.3. Системы для движения горного оборудования по карьеру и забою

2.3.1. Система Глобального Определения Местоположения - GPS (Global Positioning System).

2.3.2. Система обнаружения препятствий.

2.4. Техника для дистанционного управления горно-транспортными машинами

2.4.1. Робототехника для управления горно-транспортным оборудованием.

2.4.2. Промышленные контроллеры.

2.5. Выводы.

3. ОЦЕНКА КОМПЛЕКТОВ ГОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ

3.1. Выбор исходных данных и возможных в данных условиях технологических потоков.

3.2. Выбор критериев и оценка комплектов оборудования с точки зрения применения в технологии открытых горных работ с использованием дистанционного управления горными и транспортными машинами.

3.3. Выводы.

4. СОЗДАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ

4.1. Преимущества дистанционного управления техникой и технологией горных работ на карьере.

4.2. Технология отработки месторождений с крутыми углами бортов карьера.

4.3. Вскрытие карьерных полей секторами при использовании дистанционного управления горным и транспортным оборудованием.

4.4. Выводы.

5. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ ТРУБКИ «ЮБИЛЕЙНАЯ»

5.1. Горно-геологические условия кимберлитовой трубки «Юбилейная».

5.2. Увеличение угла откоса борта карьера на трубке «Юбилейная»

5.3. Технология открытых горных работ с использованием дистанционного управления горно-транспортной техникой на трубке «Юбилейная».

5.4. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование эффективности технологии открытых горных работ с использованием дистанционного управления горными и транспортными машинами»

т

Разработка месторождения полезного ископаемого открытым способом осуществляется до тех пор, пока это экономически целесообразно.

С понижением фронта горных работ происходит увеличение себестоимости добычи полезного ископаемого.

Основными причинами увеличения себестоимости добычи являются:

1. Увеличение коэффициента вскрыши.

2. Увеличение эксплуатационных затрат.

3. Ухудшение условий труда на глубоких горизонтах.

Увеличение коэффициента вскрыши с увеличением глубины карьера происходит на круто и наклонно залегающих месторождениях, из-за необходимости разноса бортов карьера для доступа к нижним горизонтам. Углы бортов карьера определяются исходя из условий безопасности работы людей и, как правило, не превышают 47-52°.

Увеличение эксплуатационных затрат в основном обусловлено увеличением длины транспортирования, что приводит к повышению расхода горюче-смазочных материалов и электричества, необходимости увеличения парка транспортных машин и увеличению секций конвейеров.

Сложные условия, в которых приходится работать людям на глубоких горизонтах это - высокая запыленность воздуха, связанная с разрушением горных пород взрывным или механическим способами, загазованность воздуха от выхлопов горно-транспортных машин, работающих на горючем топливе, также люди подвержены влиянию высоких и низких температур, сильного ветра, радиации.

Работа в таких условиях приводит к существенному снижению производительности и росту затрат на обеспечение нормальных рабочих условий труда.

Снижение производительности карьера обусловлено в основном большим количеством простоев для проветривания воздушных масс, для обогрева рабочих при низких температурах, также нерациональным использованием транспортных машин, что приводит к простоям выемочно-погрузочного оборудования и т.д. Влияние на производительность карьера также оказывает квалификация рабочих. Выполнение рабочих операций на высоких скоростях, особенно в сложных условиях и к концу смены, сказывается на физических возможностях человека, поэтому разница в производительности экскаватора, управляемого разными машинистами, может достигать 40%.

Затраты на обеспечение нормальных (комфортных) условий труда заключаются в применении и обслуживании климатических установок (кондиционеров, обогревателей), воздухо-очистных систем, специальных герметических кабин и т.п.

При работе в плохих условиях возрастает заболеваемость рабочих, что приводит к увеличению затрат на медицинское обслуживание.

Все перечисленные факторы ведут к снижению эффективности открытых горных работ с увеличением глубины карьера, и в итоге открытые горные работы затухают, а дальнейшая разработка месторождения производится подземным способом.

Уменьшение тенденции снижения эффективности открытых горных работ с увеличением глубины карьера - задача, решение которой позволит получить дополнительную экономическую выгоду.

Уменьшение себестоимости добычи полезного ископаемого, исходя из перечисленных факторов возможно за счет следующих мероприятий:

1. Снижение коэффициента вскрыши.

2. Снижение эксплуатационных затрат.

3. Снижение затрат на создание нормальных условий для рабочих.

Снижение коэффициента вскрыши, возможнно лишь %.3202 - угол откоса борта карьера, однако, при этом человек оказывается в условиях возможного обрушения бортов, что невозможно допустить.

Снижение эксплуатационных затрат возможно применением специальных систем контроля и анализа движения транспорта.

Снижение затрат на создание нормальных условий для рабочих возможно лишь выводом рабочих из опасных зон.

Общим решением данных задач будет применение дистанционного управления техникой и технологией открытых горных работ.

Под термином дистанционного управления горными работами на карьере мы понимаем, технологию открытых горных работ с применением таких машин и механизмов, которые бы обеспечили минимум присутствия людей непосредственно в забое.

Отсюда, научная задача диссертации заключается в оценке технологии открытых горных работ с использованием дистанционного управления горными и транспортными машинами в карьере.

Научное значение работы заключается в определении области эффективного применения технологии открытых горных работ с дистанционным управлением горным и транспортным оборудованием в карьере.

Цель работы - определение области эффективного применения технологии на основе дистанционного управления автоматизированными и роботизированными комплексами производства горных работ на карьере.

Для достижения указанной цели в работе решались следующие задачи:

1. Обзор научно-исследовательской литературы и практики открытых горных работ в области дистанционного управления производственными процессами на карьере.

2. Выбор путей создания технологии дистанционного управления существующими средствами и техникой ведения горных работ на карьере.

3. Оценка комплектов горно-транспортного оборудования в технологических потоках на карьере для дистанционного управления горными работами.

4. Формирование технологии открытых горных работ с применением дистанционного управления комплектами горного оборудования цикличного и поточного действия.

5. Экономическая эффективность применения технологии открытых горных работ с использованием дистанционного управления горной и транспортной техникой на кимберлитовом месторождении трубки Юбилейная АК «Алроса».

Практическое значение работы заключается в разработке специальной технологии отработки крутопадающих месторождений с крутыми откосами бортов карьера на большую глубину и способов вскрытия, позволяющих обеспечить эффективную и безопасную отработку крутопадающих месторождений на большую глубину.

В работе защищаются следующие научные положения:

1. Перспективными средствами безлюдной технологии горных работ являются комбайны и автоматизированные комплексы, с навигационными системами управления и компьютерным управлением.

2. Областью эффективного применения дистанционного управления производством открытых горных работ в настоящее время являются наклонные и крутопадающие месторождения с полускальными породами сложными горнотехническими условиями.

Применение технологии открытых горных работ с использованием дистанционного управления горными и транспортными машинами позволяет отрабатывать наклонные и крутопадающие месторождения с крутыми до 70-75° углами откосов бортов карьера.

Заключение диссертации по теме «Геотехнология(подземная, открытая и строительная)», Баранов, Евгений Александрович

Основные выводы диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Дальнейшее повышение эффективности открытой добычи полезных ископаемых при разработке наклонных и крутопадающих месторождений, находящихся в сложных природных условиях возможно путем использования технологии горных работ в карьере горно-транспортной техникой с дистанционным управлением. Мировой опыт в использовании систем дистанционного управления машинами и процессами во многих областях достаточен для его реализации в горнодобывающей промышленности.

2. В настоящее время основными направлениями создания дистанционного управления горной и транспортной техникой является:

• система непосредственного радиоуправления из диспетчерского пункта операторами нештатными операциями и автоматическим выполнением запрограммированных штатных операций горными и транспортными машинами в рабочей зоне карьера.

• система автоматизированных и роботизированных горнотранспортных комплексов с компьютеризированным управлением.

98

3. Применением системы непосредственного радиоуправления из диспетчерского пункта возможно при использовании комплектов из существующего горного и транспортного оборудования циклического или непрерывного действия со специальной аппаратурой радиоуправления и контроля производственной и природной ситуацией. Вторая система должна быть создана специально для автономного функционирования в конкретных горнотехнических условиях в виде комбайна и транспортных средств непрерывного действия с программным управлением.

4. Технология горных работ с дистанционным управлением горной и транспортной техникой позволяет отрабатывать наклонные и крутопадающие месторождения и с большой глубиной с крутыми откосами бортов карьера до что позволяет снизить объемы вскрыши в 5-7 раз по сравнению с отработкой месторождений существующей технологией.

5. Технология отработки крутопадающих месторождений горнотранспортной техникой с дистанционным управлением позволяет увеличить глубину отработки до 800-1000м с доставкой горной массы из карьера по открытым горным выработкам с петлевой формой трассы во вскрывающей выработке на горизонтах в виде сектора или по наклонным подземным горным выработкам.

6. Эффективность отработки трубки «Юбилейная» АК «Алросса» стреловым комбайном с автомобильным транспортом при дистанционном управлении позволяет существенно снизить затраты на добычу.

Аналогичная эффективность может быть достигнута при использовании предложенной технологии для продолжения открытых горных работ на трубках «Мир» и «Удачная».

Отработка новых трубок Бутобинская и Нюрбинская предложенной технологией позволит отработать их тремя этапами, с

99

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных работах автора:

1. Баранов Е.А., «Опыт комплексной механизации и автоматизации горных работ на карьере». Сб. докладов Второй международной научно-практической конференции «Наука и новейшие технологии при освоении месторождений полезных ископаемых на рубеже XX-XXI веков». Москва, 2000 г.

2. Анистратов Ю.И., Баранов Е.А., «Основные принципы создания безлюдной открытой разработки месторождений полезных ископаемых». Сб. докладов Пятой международной конференции «Новые идеи в науках о Земле». Москва, 2001 г.

3. Баранов Е.А., «Оценка эффективности создания технологии дистанционного управления открытыми горными работами на карьере». Сб. докладов Третьей международной научно-практической конференции «Наука и новейшие технологии при освоении месторождений полезных ископаемых на рубеже XX-XXI веков». Москва, 2002 г.

Заключение

В результате научных исследований в диссертации решена научная задача определение эффективности технологии открытых горных работ с использованием дистанционного управления горными и транспортными машинами на основании установленных зависимостей от параметров горного и транспортного оборудования, технологии и системы управления в сложных горнотехнических условиях, позволяющих существенно увеличить угол откоса рабочего борта и при погашении бортов карьера, а следовательно, повысить экономическую эффективность открытых горных работ при отработке месторождений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Баранов, Евгений Александрович, 2003 год

1. Автономные системы для самосвалов Komatsu. Горная промышленность, 1995, № 4.

2. Агошков М.И. Гольдман Е.Л. Кривенков Н.А. Экономика горнорудной промышленности. Москва, Недра, 1986.

3. Алешин Б.Г. Коваленко С.К. Виницкий К.Е. Шендеров А.И. Штейнцайг P.M. Конструктивно-технологические особенности и перспективы применения машин типа КСМ на разрезах России. Горный вестник, 1996, №4.

4. Анистратов К.Ю. Луцишин С.В. Хартманн Г. Комбайн непрерывного действия 2600 SM на карьере тр. "Юбилейная" АК "Алмазы России-Саха". Горная промышленность, 1994, №1.

5. Анистратов Ю. И. Анистратов К.Ю. Поточная технология горных работ на карьерах. Горная промышленность, 1995, №2.

6. Анистратов Ю.И. Технологические процессы открытых горных работ. Москва, Недра, 1995.

7. Анистратов Ю.И. Технология открытых горных работ. Москва, Недра, 1995.

8. Анистратов Ю.И. Штейнцайг P.M. Воронков Г.Я. Кузнецов А.Г. Хаспеков П.Р. Перспективы расширения сферы применения безвзрывных технологий при открытой угледобыче. Горная промышленность, 1998, №2.

9. АО "Прин". Спутниковые системы для маркшейдерских работ и управления горно-транспортным оборудованием на карьере. Горная промышленность, 1996, № 1.

10. Ю.Васильев К.К. Теория автоматического управления.

11. П.Ицков Я.Ю. Юдин С.В. Леоненко А.Н. Майнагашев А.С. Пихлер М. Панкевич Ю.Б. Применение карьерного комбайна Wirtgen 2200 SM при разработке Восточно-Бейского каменноугольного месторождения. Горная промышленность, 2002, №2.

12. Караванов М.Ю. Использование современных спутниковых технологий в горнодобывающей промышленности. Горная промышленность, 1999, №5.

13. Карлыханов Ф.В. Левочкин В.Ф. Панкевич Ю.Б. Хартманн Г. Долгушин В.Д. Применение карьерного комбайна Wirtgen 2100 SM на добыче флюсового сырья. Горная промышленность, 1998, №1.

14. М.Клебанов А.Ф. Владимиров Д.Я. Рыбак Л.В. Система диспетчеризации большегрузных автосамосвалов "Карьер" на разрезе "Черниговский": структура, функциональность, экономическая эффективность. Горная промышленность, 2003, №1.

15. Конюх В.Л. Шахтная робототехника: состояние и перспективы. Горный вестник, 1998, №1.

16. Луцишин С.В. Создание безвзрывной технологии разработки кимберлитов послойным фрезерованием. Авт. дисс. Москва, 1995.

17. Мельников С.Р. Подоприхин Р.В. Григорьев А.В. Некоторые аспекты трехмерного лазерного сканирования для решения инженерных задач. Горная промышленность, 2002, №3.

18. Норберт Беккер Автоматизированные системы и связь для открытых горных работ фирмы Siemens. Горная промышленность, 1997, №2.

19. Панкевич Ю.Б. Хартман Г. Опыт эксплуатации карьерных комбайнов Surface Miner фирмы Wirtgen на гипсовых карьерах мира. Горная промышленность, 1997, №1.21 .Подерни. Горные машины.

20. Репин В.Н. Пономарев Л.В. Волоконно-оптические системы связи. Горная промышленность, 1999, №2.

21. Робототехника. Проблемы автоматизации и ее использование в промышленности. Монограмма. 1997.

22. Рудолф В. Вилнауэр X. Штейнцайг P.M. Коваленко С.К. Успешное испытание комбайна KSM 2000 R фирмы KRUPP на разрезе "Таллинский". Горная промышленность, 1996, №4.

23. Современные программные системы компании Modular Mining для управления горным оборудованием на карьерах. Горная промышленность, 1996, № 4.

24. Соколов Д. Когда карта не в силах помочь. CHIP, 2001, декабрь.

25. Усачев В.М. Юрин Н.Н. Ялпута Г.В. Испытания компактного роторного экскаватора К-650 на карьере трубка "Удачная" в Северной Якутии. Горная промышленность, 1995, №4.

26. J. Bell. Дистанционное управление локомотивами на железных дорогах Северной Америки. Железные дороги мира, 2000, №7.