Обоснование рациональных параметров и области применения наклонных подъемников для глубоких карьеров тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.06, кандидат технических наук Ланков, Павел Юрьевич

• Ланков, Павел Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ланков, Павел Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Анализ опыта эксплуатации транспортных установок на глубоких карьерах.

1.2. Анализ конструкций разрабатываемых подъемников для глубоких карьеров.

1.3. Анализ методики выбора и расчета транспортных систем для глубоких карьеров.

1.4. Цель, задачи и методика исследования.

2. ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОСВЯЗИ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ПОДЪЕМНИКОВ С ВНЕШНЕЙ СРЕДОЙ.

2.1. Структурирование узлов подъемников по их функциональному назначению.

2.2. Математическое описание конструктивных и функциональных связей между узлами подъемника и опорной поверхностью.

2.3. Определение энергетических показателей подъемников различных типов.

2.3.1. Общие принципы энергетической оценки.

2.3.2. Особенности энергетической оценки различных вариантов подъемников.

2.4. Определение экологических показателей подъемников различных типов.

2.5. Выводы.

3. РАЗРАБОТКА ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО ТИПА ПОДЪЕМНИКА И ЕГО ПАРАМЕТРОВ.

3.1. Выбор и обоснование критериев оптимизации.

3.2. Разработка структуры модели.

3.3. Подготовка исходных данных для моделирования.

3.4. Проведение экспериментальных исследований на стенде для уточнения исходных данных.

3.5. Разработка пакета программ для моделирования на PC ЭВМ.

3.6. Анализ результатов моделирования.

3.7. Выводы.

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА РАЦИОНАЛЬНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОДЪЕМНИКОВ ПО

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМУ КРИТЕРИЮ.

4.1. Выбор критериев для обоснования рациональной области применения карьерных подъемников.

4.2. Обоснование области рационального применения.

4.3. Рекомендации для действующих карьеров.

4.4. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование рациональных параметров и области применения наклонных подъемников для глубоких карьеров»

Открытые горные работы за всю историю горного дела являлись доминирующим видом разработок, и в настоящее время доля открытых работ составляет более 70% в общем объеме добываемых полезных ископаемых. По мере развития горных работ увеличиваются объемы добываемой горной массы и геометрические размеры карьеров.

Важнейшими задачами горнодобывающей промышленности является надежное обеспечение экономического развития страны при постоянном повышении производительности труда, снижении себестоимости добычи и создании безопасных условий ведения горных работ.

Технологический автотранспорт занимает ведущее место на открытых горных работах. Автосамосвалами перевозится свыше 75 % всей горной массы при различных схемах транспортирования, а затраты на транспортирование составляют до 45 % затрат на добычу полезного ископаемого. Многие действующие карьеры угольных, рудных и нерудных месторождений в России и СНГ перешли в категорию глубоких (более 300 м) и в настоящее время обеспечивают добычу 90 % минерального сырья. К характерным глубоким • карьерам, отличающимся значительными объемами перемещаемой горной массы, а также спецификой горнотехнических и климатических условий разработки, относятся карьеры АК "Алроса" и разрез "Нерюнгринский" в Якутии, карьер "Мурунтау" Навоийского ГМК в Узбекистане, железнорудные карьеры Криворожского, Михайловского, Лебединского, Качканарского, Стойленского, Костомукшского, Оленегорского, Ковдорского, и некоторых других ГОКов России. При этом значительно изменились в худшую сторону условия эксплуатации технологического автотранспорта из-за увеличения глубины карьеров. Опыт показывает, что на 100 м понижения горных работ себестоимость транспортирования возрастает в 1,4. 1,5 раза, что требует поиска возможностей уменьшения удельных затрат на транспортирование горной массы.

Автотранспорту в настоящее время нет экономически обоснованной альтернативы, что объясняется его эффективностью, однако именно автотранспорт является основным источником сверхнормативных загрязнений атмосферы глубоких карьеров. К тому же, выхлопы отработавших газов ухудшают видимость на трассе в наиболее неблагоприятные по погоде дни, особенно зимой, образуется смог, и работа оборудования частично или полностью приостанавливается. Из-за загазованности карьерного пространства продолжительность простоев в глубоких карьерах превышает 1000 ч в год. Загрязнение атмосферы вредными выбросами не только пагубно сказывается на здоровье работающего в карьере персонала, но и на финансовом положении предприятий, так как в соответствии с действующим законодательством за загрязнение окружающей среды предприятиями выплачиваются штрафы.

С углублением карьеров в ряде случаев потребуется пересмотр применяемых способов доставки горной массы на поверхность, так как применяемые виды транспорта не смогут обеспечить необходимую производительность карьеров. В связи с расширением и ужесточением современных требований к освоению недр на глубоких карьерах назрела острая необходимость ' в реконструкции систем технологического транспорта с использованием современной транспортной техники, в том числе средств крутонаклонного подъема горной массы.

Поэтому исследование способов снижения затрат на транспортирование и улучшение экологической ситуации в карьерах является актуальным.

Поэтому исследование способов снижения затрат на транспортирование и улучшения экологической ситуации в карьере является актуальным.

Цель работы - снижение затрат на транспортирование горной массы из карьера и повышение экологической безопасности транспортных систем за счет применения наклонных карьерных подъемников.

Идея работы заключается в том, что выбор оптимального типа подъемника в глубоких карьерах и обоснование его конструктивнотехнологических параметров осуществляется по энергетическому и экологическому критериям с учетом затрат на горно-капитальные работы.

В работе защищаются следующие научные положения:

1. Рациональные параметры подъемников по критерию минимальной энергоемкости определяются на основе математической модели, связывающей производительность и глубину карьера, скорость и сопротивления движению подъемника, предельный угол наклона, объем вредных выбросов в атмосферу и металлоемкость конструкции подъемника.

2. Область применения карьерных подъемников определяется на основании количественной оценки рациональных параметров сравниваемых вариантов подъемников, с приведением расхода энергоносителей по каждому варианту к первичному энергоресурсу и его сравнения для различных глубин, производительностей карьера и объемам горных работ.

Заключение диссертации по теме «Горные машины», Ланков, Павел Юрьевич

4.4. Выводы

1. Рациональные области применения карьерных подъемников по энергетическому критерию можно рекомендовать следующим образом:

• автомобильный подъемник с автономным приводом: глубина менее 400 м, производительность - менее 6 млн.т/год;

• карьерный подъемник с тяговым агрегатом: вспомогательный транспорт для перевозки грузов менее Ют; основной транспорт для карьеров производительностью 0,3-0,5 млн.т/год на один подъемник;

• традиционный конвейерный подъемник: глубина менее 200 м, производительность — выше 10 млн.т/год;

•конвейерный крутонаклонный подъемник: глубина более 100 м, производительность — выше 10 млн.т/год;

• автомобильный подъемник с подъемной машиной - глубина более 200 м, производительность — 7-15 млн.т/год;

2. Для определения рационального типа подъемника для конкретных условий эксплуатации рекомендуется использовать разработанный в СПГГИ(ТУ) пакет программ, реализация которого достаточно проста на «Репйит»-совместимом PC ЭВМ.

3. Выполненные по заданию ОАО «Гипроруда» расчеты показали, что для карьера «Восточный» ОАО "Апатит" наиболее эффективен крутонаклонный конвейерный подъемник с прижимной лентой.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе даны разработанные автором теоретические и практические положения, представляющие решение актуальной научно-практической задачи обоснования рациональных параметров и области применения наклонных подъемников для глубоких карьеров, имеющей существенное значение для горной промышленности. Результаты выполненных исследований позволяют сделать следующие научные и практические выводы:

1. Разработанная математическая модель позволяет определять рациональные параметры подъемников с учетом производительности и глубины карьера, предельного угла наклона, скорости и сопротивлений движению подъемника, объемов вредных выбросов и металлоемкости конструкции подъемника.

2. Для определения области рационального применения карьерных подъемников использован критерий — расход энергоносителей для различных глубин, производительностей карьера и объемам горных работ имеющий более объективное физическое обоснование.

3. Установлено, что известные методики расчета технико-экономических показателей транспортной системы нуждаются в дополнении, заключающемся в учете экологического фактора.

4. Для сравнения подъемников различных типов и принципов действия необходимо структурировать их конструкцию по функциональному назначению, а рабочий цикл подъемников разбить на отдельные операции, характеризующиеся постоянным уровнем энергозатрат.

5. Оценку экологического воздействия подъемников на окружающую среду следует производить на двух уровнях: уровне вредного воздействия самого подъемника на окружающую среду и уровне всего транспортного комплекса включающего подъемник данного типа.

6. Рациональные области:

• автомобильного подъемника с автономным приводом - глубина менее 400 м, производительность - менее 6 млн.т/год;

• карьерный подъемник с тяговым агрегатом - вспомогательный транспорт для перевозки грузов менее Ют;

• конвейерный подъемник - глубина менее 200 м, производительность выше 7 млн.т/год;

•конвейерный крутонаклонный подъемник - глубина более 100м, производительность - выше 7 млн.т/год;

• автомобильный подъемник с подъемной машиной - глубина более 200 м, производительность 7-15 млн.т/год;

7. Установлено что конвейерные подъемники по уровню энергозатрат на 25-30% менее эффективны, чем автомобильный транспорт.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ланков, Павел Юрьевич, 2003 год

1. Автоматизированное проектирование карьеров: Учебное пособие для вузов / Хохряков B.C., Корнилков СВ., Неволин Г.А. и др. М.: Недра, 1985. - 263 с.

2. Анализ конструкций крутонаклонных конвейеров для глубоких карьеров / Николаев Е. Д. , Дмитрии В. П. , Костерин Л. С. , Федоренко А. И. И Горный журнал №11-12. 1998 стр. 62-66

3. Андреев А. В., Дьяков В. А., Шешко Е. Е. Транспортные машины и автоматизированные комплексы открытых разработок. М., Недра, 1975.

4. Баранов В. Ф. Циклично-поточная технология в СНГ и за рубежом (аналитический обзор)// Тяжелое машиностроение. 2003 №3, с 18-21.

5. Берсенев В. С. Тяговые устройства с автоматическим регулированием давления приводных колес на рельс. Записки ЛГИ, т 39, вып. 1, 1959

6. Берсенев В. С. Переходные режимы работы локомотива с гладкими ведущими колесами. Записки ЛГИ, том 10, вып.1, Л, 1970.

7. Бойко Ю. С. Грузовые аэростаты для открытых горных разработок // Промышленный транспорта №10, 1980.

8. Буткин В.Д. Аэростатно-канатные транспортные системы для открытых горных работ.// Горный журнал. 1998. №6, с.55.

9. Васильев М. В. Транспорт глубоких карьеров М.: Недра, 1983 - 295 с.

10. Васильев М. В., Фаддеев Б. В., Хохряков В. С. Наклонные подъемники на карьерах М., Госгортехиздат, 1962, 151 с.

11. Васыпьев М. В. Комбинированный транспорт на карьерах. 2-у изд. - М.: Недра, 1975. -375 с.

12. Васильев М. В., Смирнов В. П., Кулешов А. А. Эксплуатация карьерного автотранспорта -М.: Недра, 1979-280 с.

13. Войтов В. Т. Токсичность отработавших газов силовых установок карьерных автосамосвапов и проблемы её снижения, Горный журнал №7, 1999, стр.82-86.

14. Голубев В. А. и др. Справочник энергетика карьера. М.:Недра,1986.

15. Механогидравлический подъемник для карьеров / Белобров В. М., Кабанов В. А., Наумов С. С., Никифоровский А. Н. II Горный журнал №4 1998 г.

16. Основные технические решения по совершенствованию перемещения горной массы на карьере / Лукьянов А. Н., Штейнберг А. Б., Мальгин О. Н. и др. // Горный журнал №2 1992, с. 20-22

17. Открытая разработка месторождений на больших глубинах / Ржевский В. В., Трубецкой К. Н., Пешков А. А. И Горный журнал №5 1988, с. 14-23

18. Повышение эффективности и надежности транспортных систем железорудных карьеров / сборник научных трудов.// Свердловск 1988

19. Проблемы нормализации атмосферы на открытых горных работах отрасли / Мосинец В. Н., Лукьянов А. Н., Аверкин Л. А. и др. // Горный журнал №1 1991 с. 48-52

20. Мамедов В. М. «Электродинамическое моделирование электроприводов». М.-Л., «Энергия», 1964. 88с.

21. Жиляев В.Н., Ковалев М. Н., Костылев Г. Г. Перспективы применения аэростатических подъемно-транспортных систем в качестве карьерного транспорта. // Горный журнал. 1998. №6, с.58.

22. Использование наклонных подъемников для транспортирования крупнокусковой горной массы на глубоких карьерах Заполярья / Демидов Ю, В. , Трубецкой Н. К. , Наумов С. С. , Головатая О. С. I/ Горный журнал №7, 1998 стр. 42-45.

23. Ко норев М. М. Снижение токсичности отработавших газов карьерных автосамосвалов // Горный вестник. 1996. - №4. - с. 77-80.

24. Картавый А. Н. Эффективный крутонаклонный конвейерный подъем для карьеров, шахт и перерабатывающих предприятий. Горные машины и автоматика №6, 2001 с.35-41.

25. Кулешов А. А. Проектирование и эксплуатация карьерного автотранспорта. Справочник в 2-х частях. Спб., 1994, 230 стр., 200 стр.

26. Кулешов А. А. Экологические проблемы эксплуатации дизельной техники и пути их решения // Горный журнал. 1994. - №1. - с. 35-40

27. Кулешов А. А. , Марголин И. И. . "Пневмоколесные машины с бортовыми приводами и мотор-колесами", М., "Машиностроение", 1995, 312 стр.

28. Кулешов А.А., Коптев В.Ю., Беликов А.А., Григорьев Е.А., Лачков П.Ю. Современные проблемы пневмоколёсного транспорта и способы их разрешения// Горные машины и автоматика. 2003.№5, с.21-25.

29. Кулиев А. М. Точность критериев моделирования и воспроизведения критериев подобия. Теория подобия и физическое моделирование. Труды московского ордена Ленина энергетического института, выпуск 77, стр. 152-159. М.: МЭИ 1970.

30. Курносое А. М. Общие принципы экономико-математического моделирования в решении проектных задач. Институт горного дела им А. А. Скочинского. Лаборатория параметров шахт и новых методов их расчета М., 1966. 64с.

31. Луцишип С. В., Еремеев В. И. Проблемы разработки кимберлитовых месторождений Якутии глубокими карьерами. Горный журнал №1995.

32. Материаловедение и технология конструкционных материалов: учебное пособие для вузов. Солнцев Ю.Г1., Веселое В.А., Демянцевич В.П., Кузин А.В., Чашников Д.И. 2-е изд. М/.МИМИМ, 1996.- 575 с

33. Материалы в машиностроении. Выбор и применение. Справочник, под. общ. ред д.т.н. И.В. Кудрявцева. М., "Машиностроение", 1967

34. Мельников Н. В. Будущее горной науки и горнодобывающей промышленности // сь. науч. тр./ЛГИ Л., 1975. - Т.67. - с.115-122.

35. Мельников Н. Н., Решетняк С. Г1. Песпективы решения научных проблем пр иотработке мощных глубоких карьеров // Горное дело: ИГД СО РАН. Якутск, 1994. - с. 14-23

36. Митичкин В. А., Соловбев П. Н. Герасимов А. П., Якушев А. С. Развитие транспортного комплекса ОАО «Лебединский ГОК». // Горный журнал. 1998. №8, с.38.

37. Новожилов М. Г., Селянин В. Г., TponA. Е. Глубокие карьеры. М.: Госгортехиздат, 1962. -258 с.

38. Открытая разработка месторождений на больших глубинах / Ржевский В. В., Истомин В. В., Трубецкой К. Я, Пешков А. А. И Горный журнал 1988. - №5. с. 14-23.

39. Патент на изобретение N«2168630 от 04.02.2000 г. Устройство для подъема автомобилей-самосвалов на борт карьера и их спуска в карьер / Кулешов А. А. , Тарасов Ю. Д.

40. Применение крутонаклонных конвейеров на карьере Мурунтау / Кучерский Н. И. , Лукьянов А. Н. , Иоффе А. М. // Горный вестник №4, 1996, стр. 36-42.

41. Применение наклонного скипового подъемника на глубоком карьере. Перевод. М., 1959

42. Правила устройства, содержания и освидетельствования наклонных рельсо-канатных подъемников. М., Госгортехнадзор, 1959, 24 стр

43. Пресс И. М. Специальные подъемники JL: СЗПИ, 1977 67 стр.

44. Пушкарев С. А., Ларионов В. А. Перспективы применения подъемников на воздушной подушке в горном деле. Научные и практические вопросы совершенствования эксплуатации мобильных машин в современных условиях, Выпуск 2. СПб., 2001 с. 121124.

45. Развитие циклично-поточных технологий добычных и вскрышных работ. Ляхов В. П., Александров В. А., Мельников Н. Н, Найко Ю. П. Николаев К. П. II Горный журнал. 2002. спецвыпуск-2, с.21.

46. Расчет Объёмов вредных выбросов при работе дизельной техники на карьерах / Кулешов А. А. , Серебренников О. Д. , Новиков А. А. II Горный вестник №5, 1998, стр 56-62.

47. Резников Р. А. Методы решения задач строительной механики на электронных цифровых машинах. М.: Стройиздат 1964. 335 с.

48. Рудицин М. Н. и др. Справочное пособие по сопротивлению материалов. Минск, 1970.

49. Самойлович И.С. Энергетическая оценка дробильно конвейерных комплексов железорудных карьеров // Горн. журн. 1994. - №5. - с. 50-54.

50. Самохвалов Я. А. Справочник техника-конструктора. Киев, 1975

51. Селянин В. Г. Интенсификация горных работ в глбоких карьерах М.: Недра, 1977. -192 с.

52. Сытенков В. Н., Абдуллаев У.М. Разработка сценария развития карьера «Мурун тау» на длительную перспективу. // Горный журнал. 2002. спецвыпуск-1, с.46.

53. Смирнов В. П., Лель Ю. И. II Теория карьерного большегрузного автотранспорта. Екатеринбург, 2002. 354 с.

54. Тангаев И. А. Энергетическая концепция оптимального управления процессами добычи и рудоподготовки // Горный журнал. №11 1991. с. 32-34. Екатеринбург, 2002. 354 с.

55. Тангаев И. А. Энергоемкость процессов добычи и переработки полезных ископаемых. -М.: Недра, 1986.-231 с.

56. Транспорт на горных предприятиях. Под ред. проф. Б. А. Кузнецова. М., «Недра», 1976. 522 с.

57. Тымовский Л. Г., Граве И. П. Карьерный транспорт. Углетехиздат, 1957.

58. Фурсов Е. Г., Дружков В. Т. Подъемно-транспортная система для выдачи руды с рабочих горизонтов. Горный журнал №2 1999

59. Хохряков В. С. , Сорокин Л. А. Скиповые наклонные подъемники на карьерах М., 1966, 63 стр.

60. Шеметов П. А., Коломников С. С. Развитие выемочно-транспортного комплекса карьера «Мурунтау». Горный журнал, 2002 специальный выпуск. С. 65-70.

61. Шешко Е. Е. , Картавый А. Н. Эффективный транспорт для глубоких карьеров Горный журнал №1, 1998, стр. 53-57

62. Эксплуатация карьерного автотранспорта / Васильев М. В. , Смирнов В. П. , Кулешов А. А. II М.: "Недра", 1979, 283 стр.

63. Эффективность транспортных схем на карьере «Юбилейный» АК «Алроса». Зотов А. А., Зырянов И. В., Файнблит М. А. Горный журнал, №3, 2000 с. 37-40.

64. Юдин А. В. . "Тяжелые вибрационные питатели и питатели-грохоты для горных перегрузочных систем", методика расчета параметров и проектирования. Екатеринбург, 1996, 183 стр.

65. Яковлев В. Л., Витязев О. В. II Железнодорожные транспортные схемы глубоких карьеров. Горный журнал, №3, 2000 г. с. 35-37.

66. Яковлев В. Л. Теория и практика выбора транспорта глубоких карьеров. -Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1989. 240 с.

67. Яковлев В. Л. "Транспорт глубоких карьеров настоящее и будущее". Горный вестник №4, 1998 стр. 97-104.