Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Значительное место в хозяйственной жизни нашей страны занимает развитие горнорудной промышленности и, в частности, добыча руд черных и цветных металлов.

Рост добычи полезных ископаемых осуществляется не только в связи с вводом в эксплуатацию новых горных предприятий, но и в результате научно-технического прогресса на рудниках и карьерах.

Основными задачами научно-технического прогресса в области подземного горнорудного транспорта являются:

всемерное расширение применения самоходного высокопроизводительного забойного оборудования;

переход на поточную технологию транспорта руды в блоках;

расширение области применения машин непрерывного действия для погрузки и транспортирования крепкой абразивной горной массы;

увеличение мощности и грузоподъемности подземных транспортных машин;

увеличение энерговооруженности труда забойных рабочих;

применение дистанционного и автоматического управления транспортной техникой.

Значительная роль в решении поставленных задач принадлежит инженерам, специализирующимся в области технологии и комплексной механизации разработки рудных месторождений подземным и открытым способами.

Задачей данного курсового проекта является:

закрепление и углубление знаний, полученных во время изучения теоретического курса;

получение навыков применения полученных знаний при решении инженерных задач;

научиться самостоятельно решать вопросы по выбору и расчету очистных и проходческих машин для конкретных условий;

определение экономических показателей работы средств механизации.



1. Горно-геологическая характеристика месторождения

Месторождение представлено одним рудным телом. Рудное тело имеет форму пласта. По углу падения оно относится к крутопадающим, по мощности к средней мощности, по устойчивости к весьма устойчивым с величиной площади обнажения до 600 м², а по крепости к крепким.

Мощность залежи составляет 8 м, длина залежи по простиранию 2020 м, протяженность залежи по падению 300 м. Угол падения рудного тела составляет в среднем 70 град. Коэффициент крепости руды 14. Объемная плотность руды составляет 4,5 м³/т. Ценность руды средняя. Руда несклонна к слеживаемости.

Рельеф поверхности над рудным телом гористый. Рудное тело расположено на глубине от поверхности 30 м. Глубина распространения залежи составляет 270 м.

Над месторождением в зоне мульды сдвижения не находятся промышленные и природные объекты, на сохранность которых может повлиять с движение горных пород в результате ведения горных работ.

Годовая производительность рудника: Q_год = 1,8 млн. т. /год;

Коэффициент крепости: f = 14;

Плотность породы: г = 4,5 т/м³;

Мощность рудного тела: m = 8 м.

Угол падения рудного тела: б = 30°

Расстояние откатки: L= 120 м.

Система разработки камерно-столбовая

Породы монолитные, вязкие, абразивные.

Камерно-столбовую систему можно применять для отработки тел мощностью до 18 м с углом падения до 35 град.

Камерно-столбовую систему применяют, как правило, для отработки руд малой ценности. Разрешается применять эту систему для отработки ценных руд при условии оставления между камерами ленточных целиков с учетом последующей их выемки.

Опорные целики располагают регулярно и оформляют в виде лент и столбов круглого, прямоугольного или другой формы поперечного сечения. Размеры опорных целиков рассчитывают по условию обеспечения устойчивости налегающих пород.

При камерно-столбовой системе предпочтительно применение самоходного оборудования. Отбойку руды производят шпурами или скважинами малого диаметра.

При отработке камер ведут систематический контроль за состоянием кровли и стенок выработанного пространства, а также целиков. Для этих целей используют специальные каретки и оборудование.

Рисунок 1 - Камерно-столбовая система разработки с применением тяжелого самоходного оборудования



2. Расчет планового задания

Для данного рудника принимаем режим работы с непрерывным технологическим процессом.

Таблица 1 - Номинальный фонд работы оборудования

Np	nсм	Номинальный фонд работы оборудования, ч
		Тсм	Тсут	Тмес	Тг
305	3	7	21	520	6240

Примечание: N_p - число рабочих дней в году; n_см - число смен, сут; Т_см - продолжительность смены; Т_сут, Т_мес, Т_г - номинальный фонд работы оборудования, соответственно, сутки, месяц, год.

Месячная производительность рудника, т/мес

А_мес = А_г/12 =1800000/12 158333 (1)

Суточная производительность рудника, т/сут

А_сут = А_мес/30 =158333/30 5278 (2)

Сменная производительность рудника, т/смену

А_см = А_сут/3 = 5278/3 = 1759 (3)

Годовой объём работ по бурению, шпм/год

V_г = А_г/ =1800000/0,963,14 630307 (4)



где = 3,14 м³/т - плотность бокситовой руды.

= 0,96 м³/м - выход руды с 1 п. м шпура (глубиной 3 м и диаметром 40 мм).

3. Выбор и обоснование отделения горной массы от массива

Практика убедительно показывает, что в настоящее время разрушение горных пород взрывом является основным способом отделения от массива скальной породы, ее дробления или перемещения. Эффективность буровзрывного способа подготовки объясняется специфическим характером выделения тепловой энергии при взрыве взрывчатого вещества и преобразованием ее в кинетическую энергию продуктов взрыва и энергию взрывной волны, которая распространяется со скоростью, превышающей или равной скорости звука, благодаря чему в движение за короткое время вовлекаются большие объёмы среды. Поэтому взрывные работы остаются практически единственным средством разрушения больших объёмов горных пород, отличаются быстротой исполнения и относительно небольшими затратами, занимая в себестоимости добычи полезных ископаемых всего 12-20%. При этом необходимо подчеркнуть, что повышение качества взрывной подготовки пород является одним из основных путей увеличения производительности погрузочного и транспортного оборудования.

При выборе способа отделения горной массы от массива, следует учитывать, что общая оценка буровзрывного способа базируется на трёх основных критериях: безопасности, экономичности и экологичности.

Подземные взрывные работы отличаются повышенной опасностью поражения людей, повреждения механизмов и сооружений от воздействия ударной воздушной волны, сейсмических колебаний, разлёта кусков породы, ядовитых газов и пр. Поэтому они должны выполняться в строгом соответствии с Едиными правилами безопасности при взрывных работах и быть экологически безопасными.

Экономичность буровзрывных работ достигается на основе глубоких знаний физико-технических свойств горных пород, теории их разрушения, теории взрыва и создания промышленных ВВ, теории детонации, способов и средств инициирования зарядов ВВ; процессов разрушающего, сейсмического и воздушного действия взрыва зарядов ВВ; методов управления энергией взрыва и ряда других сложных вопросов.

Так же следует учитывать, что трудоемкость подземных буровзрывных работ занимает 60% общей трудоёмкости добычи. С увеличением крепости пород относительная трудоемкость буровзрывных и в первую очередь буровых работ возрастают.

Анализируя вышесказанное, для условий данного рудника принимается буровзрывной способ отделения горной породы от массива.

4. Обоснование выбора и расчет рабочего оборудования рудника

Разнообразные и сложные горнотехнические условия разработки руд цветных металлов предопределяют применение различных по конструктивному выполнению и технологии систем разработки, а они, в свою очередь, определяют широту диапазона необходимых конструкций и типоразмеров машин.

К факторам, влияющим на конструктивное выполнение и рабочие параметры машин, относятся:

высокая крепость и абразивность руд;

разнообразие площадей поперечных сечений очистных забоев;

жесткие требования по ограничению загрязнения воздушной среды (пыль, газ, масляный туман);

крутые повороты, ограниченные площади поперечного сечения выработок, плохая видимость, неровная и обводненная почва, наличие подъёмов и спусков, затрудняющих мобильность при перемещении и работе оборудования.

В этих условиях конструкция машин должна обеспечить:

широкий диапазон рабочих параметров при относительно небольших размерах и массе, что желательно с точки зрения сокращения типоразмеров и унификации узлов;

надежность в работе и удобство в обслуживании;

автономность привода, что позволяет устранить сложные коммуникации и работы по их систематическому наращиванию;

достаточно высокую мощность и производительность;

безопасность эксплуатации;

экономичность.

Буровое оборудование

Выбор бурового оборудования осуществляется с учётом его целесообразного применения, оценки достоинств и недостатков, его стоимости, а также стоимости запасных частей.

Принятое оборудование должно отвечать следующим основным требованиям:

1. Обеспечивать заданную производительность;

2. Обеспечивать высокую надёжность;

3. Обеспечивать минимальную трудоёмкость и стоимость;

4. Обеспечивать экологичность окружающей среды.

По способу воздействия инструмента на породу бурение делится:

· Механическое

· Теплофизическое

При механическом бурении разрушение породы на забое шпура или скважины осуществляют внедрением в неё под действием механических усилий твёрдых тел.

При теплофизическом бурении разрушение породы происходит в результате развития в ней температурных напряжений.

Наибольшее распространение получили механические способы, которые по характеру приложения силовых нагрузок и работы инструмента в забое разделяются на четыре способа:

1. Ударный;

2. Вращательный;

3. Ударно-вращательный;

4. Вращательно-ударный.

Область применения и тип используемого оборудования при различных способах бурения:

Таблица 2

Способ бурения	Коэффициент крепости пород	Тип оборудования
вращательный	до 2 2-6	ручные сверла, пневматические сверла; колонковые сверла
ударный	2-20	переносные телескопные перфораторы, буровые каретки с бурильными машинами ударно-поворотного действия
ударно-вращательный	2-20	погружные пневмоударники
вращательно - ударный	2-16	буровые головки

При вращательном способе бурения разрушение забоя скважины происходит благодаря движению инструмента имеющего форму резца по винтовой линии.

Такое движение возможно в результате сочетания вращательного и поступательного движения, ударные нагрузки отсутствуют.

Разрушение породы при ударном способе происходит в результате внедрения в неё инструмента заточенного в виде клина, под действием кратковременной ударной нагрузки. Небольшие по величине крутящий момент и осевая нагрузка необходимые для удержания бурового инструмента в контакте с породой и его поворота, после каждого следующего удара.

При ударно-вращательном и вращательно-ударном способах разрушение породы на забое шпура или скважины происходит под действием осевого усилия ударной нагрузки с одновременным вращением инструмента.

Учитывая крепость буримых пород, а также заданную систему разработки рудника принимается самоходное оборудование. Самоходные бурильные установки позволяют наиболее полно решать вопросы комплексной механизации бурения шпуров, исключая ручной труд и улучшая санитарно-гигиенические условия работы, и, кроме того, они частично механизируют или облегчают выполнение таких операций, как осмотр и крепление забоя, заряжание шпуров, оборка кровли и др.

Критерии выбора бурового оборудования:

· Соответствие горно-геологическими и горно-техническим условиям (габариты; величина преодолеваемого уклона; тип привода и ходового оборудования);

· Экономический критерии (стоимость оборудования; стоимость технического облуживания и запасных деталей; унифицированность узлов; тип используемой энергии);

· Безопасность эксплуатации (пыле-, шумоподавление; защита от заколов);

· Надежность (безотказность, долговечность, ремонтопригодность);

· Обеспечение необходимой технической производительности.

Учитывая крепость полезного ископаемого и вмещающих пород равных 12 и 14 соответственно для дальнейших расчётов принимаем машины ударно-поворотного бурения.

Система разработки данного месторождения, относительная дешевизна новых отечественных машин, стоимость и доступность запасных частей к ним, а также относительная простота обслуживания и технического ремонта, позволяют предварительно принять самоходные бурильные установки типа УБШ-532Д и УБШ-322Д.

Оптимальный выбор буровой установки определяется техническим расчетом и представлен ниже.

Технические характеристики установок представлены в табл. 3.

Таблица 3. Техническая характеристика установок УБШ-532Д и УБШ-322Д

Показатели	Бурильная установка
	УБШ-532Д	УБШ-322Д
Максимальные размеры забоя, обуриваемго с одной установки, м: высота ширина	7 8,5	4,5 5,5
Площадь поперечного сечения обуреваемого забоя, м2	15 60	8 22
Число бурильных машин	3	2
Бурильная машина	ПК-75	ПК-75
Податчик	Винтовой с пневмоприводом	Винтовой
Ход подачи (глубина скважины), м	3 4	3
Ходовая часть	Пневмоколёсная
Двигатель	Дизельный
Мощность двигателя ходовой части, кВт	55	55
Скорость передвижения, км/ч	10	10
Преодолеваемый угол, градус	15	15
Внешний радиус поворота, м	5,8	5
Транспортные габариты, мм: длина ширина высота	12100 2500 2800	10000 1700 23000
Масса установки, т	20	12

Выбор буровой инструмента

При данной крепости отбойка производится буровзрывным способом. Т. к. породы вязкие монолитные, абразивные то целесообразно применять коронки долотчатые пластинчатые. В связи с рекомендациями, от энергии удара бурового молотка выбираем коронку КДП-40-25.

Для перфораторов используют составные буры, стоящие из съемного хвостовика, штанги, соединительной муфты и буровой коронки. Для данных условий принимаем штангу, изготовленную из круглой стали диаметром d_ш = 40 мм и круглой резьбой.

Расчет параметров бурения

Расчет оптимальных параметров бурения установкой УБШ-532Д

Техническая производительность УБШ-532Д, шпм/ч

Q_тех = (8)

где t_бур - время бурения шпура длиной 1 м, мин

t_бур = (9)

где N = 3 - число бурильных машин на установке;

К_о = 0,8 - коэффициент одновременной работы трёх буровых машин;

V_мех - механическая скорость бурения, м/мин

V_мех = (10)

где n = 42 Гц - частота ударов поршня перфоратора; А = 63 Дж - энергия удара; d = 40 мм - диаметр буровой коронки; _сж 140 МПа - временное сопротивление породы сжатию (раздавливанию); t_вспом - вспомогательное время, нужное для бурения шпура длиной 1 м, мин

t_вспом = t_ман + t_ох + t_к = 0,5 + 0,5 + 0,1 = 1,1 (11)

где t_ман = 0,25…0,5 мин - время маневров машины, связанное с ее установкой и переустановкой;

t_ох = 0,25…0,5 - время обратного хода буровой машины отнесенное к 1 м шпура;

t_к = 0,1 мин - время на замену коронок.

Эксплуатационная сменная производительность УБШ-532Д, шпм/смену

Q_экс = (12)

где Т = 420 мин - продолжительность рабочей смены;

t_пз = 10,5 мин - время общих подготовительных и заключительных операций за смену (2,5% от 420 мин);

t_пз^I = 39,9 мин (9,5% от 420 мин);

t_о = 42 мин - время отдыха бурильщика (10% от 420 мин);

t_взр = 50,4 мин - время на технологический перерыв, связанный с ведением взрывных работ (12% от 420 мин).

Годовая эксплуатационная производительность установки УБШ-532Д, шпм/год

Q_экс^г = Q_экс•(Н-n_р)•s = 132•(305-45)•3 =102960 (13)

где H = 305 - количество рабочих дней машины в году;

n_р = 30…45 - число ремонтных дней установки в году;

s = 3 - число смен в сутки.

Рабочий парк установок УБШ-532Д, ед

N_раб = = (14)

где V_г = 864422 шпм/год - годовой объём бурения;

К_р = 1,15 - коэффициент резерва, учитывающий нахождение машины на капитальном ремонте.

Инвентарный парк установок УБШ-532Д, ед

N_инв = N_раб/К_г = 7/0,85 8 (15)

где К_г = 0,85 - коэффициент готовности установки.

Сравнивая значение годовой производительности рудника по бурению (V_г ? 630307 шпм/год) с годовой эксплуатационной производительностью 8 буровых установок УБШ-532Д (Q_экс.8^г =1029608 = 823680 шпм/год), имеем Q_экс.8^г V_г. Следовательно, принятые установки УБШ-532Д удовлетворяют заданной производительности рудника.

Аналогично рассчитываются установки УБШ-322Д.

Техническая производительность УБШ-322Д, шпм/ч

Q_тех = (16)

где t_бур - время бурения шпура длиной 1 м, мин

t_бур = (17)

где N = 2 - число бурильных машин на установке;

К_о = 0,7 - коэффициент, учитывающий одновременную работу двух буровых машин;

V_мех - механическая скорость бурения, м/мин

V_мех = (18)

t_вспом - вспомогательное время, нужное для бурения шпура длиной 1 м, мин



t_вспом = t_ман + t_ох + t_к = 0,5 + 0,5 + 0,1 = 1,1 (19)

Эксплуатационная сменная производительность УБШ-322Д, шпм/смену

Q_экс = (20)

Годовая эксплуатационная производительность установки УБШ-322Д, шпм/год

Q_экс^г = Q_экс•(H-n_р)•s = 87•(305-45)•3 = 67860 (21)

Рабочий парк установок УБШ-322Д, ед

N_раб = = (22)

Инвентарный парк установок УБШ-322Д, ед

N_инв = N_раб/К_г = 11/0,85 13 (23)

Сравнивая значение годовой производительности рудника по бурению (V_г = 630307 шпм/год) с годовой эксплуатационной производительностью 13 буровых установок УБШ-322Д (Q_экс.13^г = 6786013 = 882180 шпм/год), имеем Q_экс.13^г V_г. Следовательно, принятые установки УБШ-322Д удовлетворяют заданной производительности рудника

Окончательный выбор оптимальный буровой установки определяется с помощью табл. 3.



Таблица 4. Выбор оптимальной буровой установки

Критерий выбора	Единицы измерения	Варианты
		УБШ-532Д	УБШ-322Д
Число установок	ед.	8	13
Стоимость машины	млн. руб.	1,6	0,96
Эксплуатационная сменная производительность установки	шпм/смену	132	87
Ход подачи (глубина шпура)	м	3 - 4	3
Масса машины	т	20	12
Максимальные размеры забоя, обуреваемого с одной установки: высота ширина	м	7 8,5	4,5 5,5
Транспортные габариты: длина ширина высота	мм	12100 2500 2800	10000 1700 2300

Исходя из сравнения наиболее оптимальным вариантом для разработки данной системы является буровая каретка УБШ-532Д т.к. у нее больше производительность.

Правила технической эксплуатации бурильных машин

Во время эксплуатации бурильных машин обязательно выполнение ежесменного обслуживания, регулярного технического обслуживания, текущих и капитальных ремонтов.

Ежесменное обслуживание включает смену воды в жидкостном нейтрализаторе, проверку уровня и долив масла; смазку отдельных узлов. В ежедневное обслуживание, выполняемое в межсменное время, входит заправка машины топливом, водой, маслом; очистка воздушных фильтров, проверка состояния шин.

Основные требования по эксплуатации и меры безопасности при использовании пневматических перфораторов. Основное требование по эксплуатации ударно-поворотных бурильных машин соответствие типа бурильной машины крепости горных пород. В процессе эксплуатации во избежание отказов в работе и для увеличения сроков службы машин их в соответствии с указаниями заводской инструкции необходимо своевременно промывать и смазывать. Разбирать перфоратор необходимо в шахтной мастерской не реже одного раза в месяц.

Перед присоединением перфоратора к сети со сжатым воздухом воздухоподводящий рукав необходимо продуть сжатым воздухом для освобождения его от механических частиц и влаги. Во время бурения ось перфоратора должна совпадать с осью шпура. Несоблюдение этого правила может привести к поломке хвостовика бура и преждевременному износу поворотной муфты.

При забуривании шпура нельзя поддерживать вращающийся бур непосредственно руками, застрявшие буры необходимо извлекать из шпура специальными ключами.

Отсоединять от перфоратора воздухоподводящий рукав можно только после перекрытия воздухопровода.

Все соединения воздухоподводящего рукава должны быть надежными, исключать срыв и возможное вследствие этого травмирование обслуживающего персонала. Работать на перфораторе разрешается при использовании средств защиты от шума, вибрации и пыли.

Погрузочно-доставочное оборудование

Опыт отечественных рудников по добыче цветных металлов показывает, что для камерно-столбовой системы разработки механизированный способ доставки руды, с использованием современного мощного самоходного оборудования, является самым прогрессивным.

Выбор самоходного оборудования осуществляется с учётом его целесообразного применения, оценки достоинств и недостатков, его стоимости, а также стоимости запасных частей.

Принятое транспортное оборудование должно отвечать следующим основным критериям:

· Соответствие горно-геологическими и горно-техническим условиям (габариты; величина преодолеваемого уклона; тип привода и ходового оборудования);

· Экономический критерии (стоимость оборудования; стоимость технического облуживания и запасных деталей; унифицированность узлов; тип используемой энергии);

· Безопасность эксплуатации (пыле-, шумоподавление; защита от заколов);

· Надежность (безотказность, долговечность, ремонтопригодность);

· Обеспечение необходимой технической производительности.

Основные преимущества доставки руды самоходным оборудованием: высокая производительность; мобильность; исключаются вспомогательные работы по переносу, монтажу и демонтажу даже при непостоянстве рабочих мест; универсальность (одни и те же машины используются на очистных и подготовительных работах).

Основные недостатки: высокая стоимость оборудования и запасных частей; сравнительно малый срок службы дизельных машин (3-6 лет); длительные ремонты, в связи, с чем обычно лишь около 1/3 - 1/2 машин готовы к эксплуатации; расход воздуха на проветривание при дизельном оборудовании может возрастать до 1,5-2 раза, что не только увеличивает расход энергии, но и требует строительства дополнительных вентиляционных стволов на крупных шахтах; увеличенное (12 м² и более) сечение выработок для движения и работы мощных машин; сложность обслуживания и ремонта машин, особенно дизельных, требует высокой квалификации рабочих.

Тем не менее, отечественной и зарубежной практикой установлено, что при взрывной отбойке достоинства самоходного оборудования настолько существенны, что на сегодня его можно считать лучшим из имеющихся средств механизации доставки руды в подходящих для его использования горнотехнических условиях.

Распространение получили в основном следующие машины или комплексы:

- погрузочно-доставочные машины;

- погрузочные (или погрузочно-доставочные, используемые как погрузчики) машины в комплексе с автосамосвалами;

- экскаваторы в комплексе с автосамосвалами, а также с бульдозерами или легкими погрузочно-доставочными машинами для зачистки дорог и почвы очистных камер;

- бульдозеры;

- самоходные скреперные машины;

- самоходные вагоны в комплексе с погрузочными машинами или комбайном и бункер - перегружателем.

Выбор оптимального варианта доставки руды определяется техническим расчетом и представлен ниже.

Для условий проектируемого рудника предварительно принимаются погрузочно-доставочные машины. Данные машины предназначены для погрузки и транспортирования отбитой горной массы, погрузки её в рудоспуски (транспортные средства), а также выполнения работ по зачистке и устройству дорог, доставке оборудования и материалов.

Особенностями современных мощных машин данного типа являются универсальность (возможность выполнения нескольких основных и вспомогательных функций), пневмошинный ход и дизельный привод.

Широкое применение в погрузочно-транспортных машинах получил дизельный привод. Машины с ДВС обладают большой мощностью, экономичностью, просты по конструкции, обеспечивают легкость управления и плавность регулировки скоростей в широком диапазоне. Дизельный привод хорошо приспособлен для работы в условиях изменяющихся нагрузок. Основное преимущество данного привода перед электрическим - независимость от источника электроэнергии. Большими недостатками транспортировки полезного ископаемого машинами с ДВС являются, во-первых, образование токсичных газов при сгорании топлива, требующее специальных мер по нейтрализации и обезвреживанию, и, во-вторых, необходимость организации подземных заправочных пунктов, а в отдельных случаях устройства подземных складов горюче-смазочных материалов и ремонтных мастерских.

Модели машин, снабженные электродвигателями, питаются от кабельной сети кабелем, намотанным на барабане от троллея или в их комбинации. В связи с этим, снижается манёвренность машин, безопасность обслуживающего персонала, и, как следствие, производительность.

Пневматический привод питается через шланг, что снижает скорость машин, он имеет невысокий КПД и используется лишь для машин легкого класса с небольшим радиусом действия.

Учитывая рекомендации по выбору вместимости ковша в зависимости от размера кондиционного куска руды (600 - 800 мм) и расстояние откатки руды (до 120 м), предварительно приняты машины типа ПТ-6и ПД-5.

Таблица 5 - Технические характеристики машин ПД-5 и ПТ-6

Параметры машин	ПД-5	ПТ-6
Грузоподъемность	5	6
Емкость ковша: м3 сменного основного	1,5 2,5	- 0,5
Емкость кузова, м3	-	4
Мощность привода: кВт	110	140
Габариты, мм: высота ширина длина	2240 1900 7850	2400 2500 9600
Привод	дизельный	дизельный
Рекомендуемое расстояние откатки, м	125	320
Масса, т	13,5	10
Радиус поворота, м	5,5	5,6
Скорость передвижения, км/ч	20	20
Высота разгрузки ковша, м	1,8	-



Расчет параметров погрузочно-доставочного оборудования

Вместимость ковша машины должна соответствовать расчетной массе для максимальной насыпной плотности (3,14 т/м³) и размеру кондиционного куска руды (600…800 мм), м³

Е = Q/К_з =(4,71…7,85)/3,140,95 = 1,6…2,6 (24)

где = 3,14 т/м³ - плотность транспортируемой руды;

К_з = 0,9…0,96 - коэффициент наполнения ковша при загрузке;

Q - расчетная масса груза, т

Q = Е_пд = (1,5…2,5)3,14 = 4,71…7,85 (25)

где Е_пд = 1,5 и 2,5 м³ - паспортные вместимости ковшей ПД-5.

При плотности руды 3,14 т/м³ к работе допускаются машины с основным ковшом 1,5 м³. Увеличение вместимости ковша на 5-10% и превышение нагрузки до 5% находятся в пределах допустимого.

Выбранный типоразмер машины должен соответствовать условиям эксплуатации, обеспечивать эффективную и безопасную работу в режимах погрузки и транспортирования при движении на подъём, а также торможении на спусках.

Потребная мощность двигателя машины для погрузочного режима, кВт

на подъём

N_дв = [(0,35-0,15)•соs5⁰ +0,15•соs5⁰ + sin5⁰ + (1+0,2)•0,4] 89 (26)



на спуск

N_дв = = •[(0,35-0,15)•соs5⁰ +0,15•соs5⁰ - sin5⁰ - (1 + 0,2)•0,4] 76 (27)

Потребная мощность двигателя машины для транспортного режима, кВт на подъём

N_дв = =[0,15•соs5⁰ + sin5⁰ + (1+0,2)•0,3] 87 (28)

на спуск

N_дв = = [0,15•соs5⁰ - sin5⁰ - (1+0,2)•0,3] 74 (29)

где К_и = 0,1…0,25 - коэффициент, учитывающий инерцию всех вращающихся частей привода;

а = 0,4…3 м/с² - ускорение (замедление) машины;

= 5⁰ - уклон подъёма (спуска) трассы;

= 0,3 …0,35 - коэффициент сцепления колес машины с рудничной дорогой;

= 0,15 - коэффициент трения;

G - сила тяжести машины и расчетного количества груза в ней, Н

G = 10⁴(Q + Q_пд) =10⁴(4,71 + 13,5) = 18,2110⁴ (30)



= 0,68…0,72 - КПД гидромеханической трансмиссии;

V =1,0…20 км/ч - скорость движения машины по выработкам.

Вышеприведенные расчеты потребных мощностей показывают пригодность принятых машин ПД-5.

Эксплуатационная сменная производительность ПД-5, т/смену

Q_эксп = = (31)

где Е = 2,5 м³ - вместимость ковша машины;

Т = 7 ч - продолжительность работы машины в течение смены;

t_разг 10…20 с;

t_погр - время погрузки, с

t_погр = t_цК_нК_манК_рем = 81,21,31,1 14 (32)

t_движ - время движения машины от забоя до пункта разгрузки и обратно, с

t_движ = 3600L(1/V_гр +1/V_пор)К_дв = 36000,12(1/10 + 1/15)1,3 94 (33)

где L 0,12 км - длина откатки руды;

V_гр 10 км/ч - скорость машины в грузовом направлении;

V_пор 15 км/ч - скорость машины в порожняковом направлении;

К_дв =1,25…1,3 - коэффициент, учитывающий неравномерность движения машины.

Годовая эксплуатационная производительность ПД-5, т/год

Q_эксп^г = Q_эксп•(Н-n_р)•s = 1527 (305-45)•3 = 1191060 (34)



Рабочий парк машин ПД-5, ед

N_раб = А_гК_р/Q_эксп^г = (35)

где К_р = 1,15 - коэффициент резерва, учитывающий нахождение машины на капитальном ремонте.

Инвентарный парк машин ПД-5, ед

N_инв = N_раб/К_г = 3/0,85 3 (36)

где К_г = 0,85 - коэффициент готовности машины.

Сравнивая значение годовой производительности рудника (А_г =1800000 т/год) с годовой эксплуатационной производительностью четырёх машин ПД-5 (Q_эксп.4^г = 11910603 = 3573180 т/год), имеем Q_экспл.4^г А_г. Следовательно, принятые машины ПД-5 удовлетворяют заданной производительности рудника.

Расчет параметров машин ПТ-6

Для условий данного рудника сравним принятые машины ковшового типа ПД-5 с погрузочно-доставочными машинами кузовного типа.

Система разработки данного месторождения, физико-механические свойства руды, относительная дешевизна новых отечественных машин, стоимость и доступность запасных частей к ним, а также относительная простота обслуживания и технического ремонта, позволяют принять кузовные погрузочно-доставочные машины типа ПТ (Россия).

Учитывая рекомендации по выбору вместимости ковша и емкости кузова в зависимости от размера кондиционного куска руды (600 - 800 мм), а также расстояние откатки руды (до 120 м), предварительно принимаются машины типа ПТ-6.

Вместимость кузова машины должна соответствовать расчетной массе для максимальной насыпной плотности руды и размеру кондиционного куска руды, м³

Е = Q/К_з = 4,71/3,140,95 = 0,6 м³ (37)

где = 3,14 т/м³ - плотность транспортируемой руды;

К_з = 0,9…0,95 - коэффициент наполнения ковша при загрузке грузонесущим органом,

Q - расчетная масса груза, т

Q = Е_пт = 2,53,14 = 4,71 (38)

где Е_пт = 2,5 м³ - паспортная вместимость кузова ПТ-6.

Увеличение вместимости кузова на 5 - 10% и превышение нагрузки до 3% находится в пределе допустимого.

Выбранный типоразмер машины должен соответствовать условиям эксплуатации, обеспечивать эффективную и безопасную работу в режимах погрузки и транспортирования при движении на подъём, а также торможении на спусках.

Потребная мощность двигателя машины для погрузочного режима, кВт на подъём

N_дв = [(0,35-0,15)•соs5⁰ +0,15•соs5⁰ + sin5⁰ + (1+0,2)•0,4] 95 (39)



на спуск

N_дв = = •[(0,35-0,15)•соs5⁰ +0,15•соs5⁰ - sin5⁰ - (1 + 0,2)•0,4] 91 (40)

Потребная мощность двигателя машины для транспортного режима, кВт на подъём

N_дв = =[0,15•соs5⁰ + sin5⁰ +(1+0,2)•0,3] 87 (41)

на спуск

N_дв = = [0,15•соs5⁰ - sin5⁰ - (1+0,2)•0,3] 82 (42)

где К_и = 0,1…0,25 - коэффициент, учитывающий инерцию всех вращающихся частей привода;

а = 0,4…3 м/с² - ускорение (замедление) машины;

= 5⁰ - уклон подъёма (спуска) трассы;

= 0,3 …0,35 - коэффициент сцепления колес машины с рудничной дорогой;

= 0,15 - коэффициент трения;

G - сила тяжести машины и расчетного количества груза в ней, Н

G = 10⁴(Q + Q_пт) = 10⁴(4,71 + 10) = 14,7110⁴ (43)



= 0,68…0,72 - КПД гидромеханической трансмиссии;

V =1,0…20 км/ч - скорость движения машины по выработкам.

Вышеприведенные расчеты потребных мощностей показывают пригодность принятых машин ПТ-6.

Эксплуатационная сменная производительность ПТ-6, т/смену

Q_эксп = = (44)

где Е_куз = 2,5 м³ - вместимость кузова машины;

Т = 7 ч - продолжительность работы машины в течение смены;

t_разг 10…20 с;

t_погр - время погрузки, с

t_погр = t_цК_нК_манК_рем = 81,21,31,1 72 (45)

t_движ - время движения машины от забоя до пункта разгрузки и обратно, с

t_движ = 3600L(1/V_гр +1/V_пор)К_дв = 36000,12(1/10 + 1/15)1,3 94 (46)

где L 0,12 км - длина откатки руды;

V_гр 10 км/ч - скорость машины в грузовом направлении;

V_пор 15 км/ч - скорость машины в порожняковом направлении;

К_дв =1,25…1,3 - коэффициент, учитывающий неравномерность движения машины.

Годовая эксплуатационная производительность ПТ-6, т/год



Q_эксп^г = Q_экс•(Н-n_р)•s = 1010(305-45)•3 = 787800 (47)

Рабочий парк машин ПТ-6, ед

N_раб = А_гК_р/Q_эксп = (48)

где К_р = 1,15 - коэффициент резерва, учитывающий нахождение машины на капитальном ремонте.

Инвентарный парк машин ПТ-6, ед

N_инв = N_раб/К_г = 3/0,85 4 (49)

где К_г = 0,85 - коэффициент готовности машины.

Сравнивая значение годовой производительности рудника (А_г =1900000 т/год) с годовой эксплуатационной производительностью четырёх машин ПТ-6 (Q_эксп.4^г = 7878004 = 3151200 т/год), имеем Q_экспл.4^г А_г. Следовательно, принятые машины ПТ-6 удовлетворяют заданной производительности рудника.

Для определения оптимального варианта доставки руды выше приведенными погрузочно-доставочными машинами составляется табл. 4.

Таблица 6

Основные параметры	Единица измерения	Машины
		ПД-5	ПТ-6
Количество машин	шт.	3	4
Эксплуатационная сменная производительность	т/смену	1527	1010
Грузоподъёмность	т	5	6
Вместимость кузова	м3	1,5 - 2,5	2,5
Двигатель		дизельный	дизельный
Мощность	кВт	110	66
Масса	т	13,5	10
Линейные размеры выработки	м	2,9* 3,6	3,3*3

Из таблицы 6 видно, что рабочие параметры машин примерно одинаковы.

Окончательно принимаем погрузочно-доставочные машины марки ПД-5, так как машины марки ПТ-6 имеют меньшую эксплуатационную производительность, и характерное для них боковое расположение оператора требует большей площади поперечного сечения выработок.

Правила технической эксплуатации погрузочно-доставочных машин

Надежная и безаварийная эксплуатация самоходных транспортных машин в подземных условиях зависит от правильного выбора сечения откаточных выработок, гарантированных зазоров соответствующего дорожного покрытия, четкой организации движения, качественного технического обслуживания и ремонта. В откаточных выработках при длине транспортирования до 500 м обычно производят только планировку почвы с подсыпкой породной мелочи. При больших расстояниях транспортирования проезжую часть выработок оборудуют искусственным покрытием, например дробленой породой или щебнем крупностью 20-70 мм, битумно-цементной вяжущей пропиткой. В забое производят только планировку почвы, при этом скорость движения машин в забое не превышает 5-10 км/час. В зависимости от интенсивности движения в откаточных выработках организуют поточное, встречное двухстороннее и встречное одностороннее движения. Обычно применяют схему одностороннего встречного движения с разминовками через 200-250 м.

Ежесменное обслуживание включает смену воды в жидкостном нейтрализаторе, проверку уровня и долив масла; смазку отдельных узлов. В ежедневное обслуживание, выполняемое в межсменное время, входит заправка машины топливом, водой, маслом; очистка воздушных фильтров, проверка состояния шин. После пробега машиной 500 км производят первое техническое обслуживание, а после пробега 1500-2000 км - второе. В каждый из этих видов обслуживания входят предусмотренные инструкцией по эксплуатации машин определенный объем смазки, регулировка и контроль отдельных узлов машин.

Текущий ремонт, который выполняют в подземном гараже, включает в себя замену или восстановление отдельных деталей или узлов. Капитальный ремонт производят в заводских условиях.

Эксплуатацию самоходных машин должны выполнять согласно «Инструкции по безопасному применению самоходного (нерельсового) оборудования в подземных условиях». Во время эксплуатации машин особое внимание следует обращать на контроль за составом выхлопных газов дизельных двигателей» не допускать случаев травматизма от поражения током при использовании машин с электрическим приводом. Места погрузки и разгрузки, трасса движения должны быть освещены. Места разгрузки оборудуются орошением, а для рудоспусков предусматривается специальное ограждение. Для безопасного движения машин перед воротами и пересечениями выработок устанавливают дорожные знаки и светофоры.



5. Повышение эффективности эксплуатации бурового инструмента

геологический массив рудник буровой

Буровые коронки и долота

В горнодобывающей промышленности применяются главным образом составные буры со съемными коронками, армированные твердым сплавом. Коронки выпускаются следующих типов: долотчатые пластинчатые (КДП), долотчатые штыревые (КДШ), трехперые пластинчатые (КТП), трехперые штыревые (КТШ), крестовые штыревые (ККШ). Типоразмеры коронок определяются ГОСТ 17196-71. Тем же ГОСТом предусмотрены коронки Х-образные пластинчатые (КХП), Х-образные штыревые (КХШ) и коронки одноразовые штыревые (КОШ). Для коронок установлен следующий ряд наружных диаметров: 28, 32, 36, 40, 43, 46, 52, 60, 65, 75, 85 мм.

Долотчатые коронки с прямоугольными пластинками применяются для бурения крепких и вязких пород, крестовые пластинчатые целесообразно применять в крепких трещиноватых породах. Штыревыми коронками бурят шпуры в трещиноватых породах средней крепости.

Для бурения скважин диаметром более 50 мм применяют крестовые коронки или Х-образным расположением лезвий.

Коронки, армированные штырями сферической формы, - самозатачивающиеся. В процессе бурения у них истирается матрица и обнажается твердый сплав. Они являются инструментом одноразового использования (КОШ). Остальные типы коронок подлежат заточке после затупления. Армируются коронки пластинками и штырями из твердых сплавов марки ВК11 для бурения пород средней крепости и ВК15, ВК11В для бурения крепких пород. Пластинки формы Г11 применяют для армирования долотчатых коронок и буров, формы Г12 - для крестовых коронок. Форма Г13 предназначена для армирования долот к пневмоударникам. Изделиями формы Г14 армируются штыревые коронки.

ГОСТ 17169-71 предусматривается коническое и резьбовое соединение коронок со штангами. Посадочный конус бывает в двух исполнениях - А и Б. исполнение А определяется ГОСТ 10949-64. угол конусности принят 3?30?. Исполнение Б имеет удлиненное посадочное гнездо. Резьба применяется внутренняя (исполнение В) и наружная (исполнение Г). В первом случае штанга упирается в дно гнезда, во втором случае - в бурт коронки.

Кузнецкий машиностроительный завод изготавливает буровые коронки типа КДП, КДШ, КТШ и ККП.

Долотчатая буровая коронка типа КДП предназначена для бурения шпуров ручными и телескопными перфораторами в породах любой крепости. Коронка армируется твердым сплавом ВК8В (8% кобальта, 92% карбида вольфрама). Корпуса коронок изготавливаются из легированной стали 35ХГСА (0,35% углерода; 0,95% кремния; 1,34% марганца; 1,2% хрома; 0,31% никеля). Коронки выпускаются диаметром от 32 до 52 мм.

Крестовые коронки типа ККП предназначены для бурения в трещиноватых крепких горных породах. Лезвия коронки армируется четырьмя пластинками формы Г1207. Корпуса коронок изготавливают из стали 30ХГТ. Диаметр коронок 40-60 мм.

Коронки типа КДШ и КТП армируются штырями. Применение штырей сокращает число типоразмеров твердого сплава для армирования различных по форме и размерам буровых коронок. Кроме того, вследствие увеличения удельной нагрузки на единицу длины лезвия коронки повышается скорость бурения на 25-30% по сравнению с коронками со сплошным лезвием.

Буровая сталь

Материалом для изготовления буров и штанг служат легированные стали. В состав легированных сталей помимо углерода входят кремний, никель, хром, молибден, ванадий и другие элементы которые способствуют образованию мелкозернистого строения после закалки и повышают прочность стали. В горнодобывающей промышленности широко применяется прокат для буров из стали марки 55С2 (ГОСТ 14959-69). Буры, изготовленные из такой стали хорошо поддаются обработке. Лучшей для буров является сталь марки 28ХГН3М.

Буровая сталь диаметром 38 мм выпускается трубными заводами и поставляется как толстостенные трубы.

Шестигранную сталь и круглую сталь малых диаметров получают методом горячей прокатки.

Круглую сталь большого диаметра получают методом холодной прокатки. Метод обеспечивает получение геометрически круглого отверстия большого диаметра в центре штанги. Холоднокатаная сталь в процессе прокатки упрочняется, что благоприятно сказывается на прочности инструмента.

При испытании гладкого образца сталь 55С2 имеет предел выносливости 41-44 кгс/мм? и сталь 28ХГН3М 55-64 кгс/мм?. При плохой поверхностной обработке предел усталости для сталей снижается в 2-2,5 раза.

Буры и буровые штанги

Буры служат для передачи импульса в породу и для передачи крутящего момента лезвию инструмента. Буры различают цельные и составные. Цельные буры могут быть со стальной закаленной головкой и головкой, армированной твердым сплавом. Большое распространение получили составные буры со съемными коронками. Применение съемных коронок исключает необходимость транспортировать большое количество буров для переточки.

Для бурения глубоких взрывных скважин применяются составные буры, которые состоят из коронок, набора штанг, соединительных муфт и хвостовиков. Применение цельных буров обеспечивает более высокую производительность как за счет меньших потерь при прохождении ударного импульса, так и за счет большой прочности.

Кузнецкий машиностроительный завод изготовляет цельные буры с головкой диаметром 31-34 мм из стали диаметром 22 мм. Длина буров 800-3200 мм. применение цельных буров увеличивает скорость бурения на 20-30%.

В результате длительных исследований с применением методов фотоупругости и изучения передачи энергии удара через штанги и их соединения были выработаны определенные требования к конструкции буров и их сопряжениям. Главные из них следующие:

- скругление профиля в местах, где меняется сечение: хвостовик, бурты, корпус коронки, переход от стержня к резьбе;

- резьба должна иметь возможно большее живое сечение;

- резьба, наряду со свободным соединением, должна иметь достаточну жесткость;

- плоскости, воспринимающие ударный импульс, должны отражать его во внутрь тела штанги.

Перечисленным требованиям отвечает резьба веревочного профиля, которая в настоящее время широко применяется при изготовлении штанг и коронок.

Недостатком веревочной резьбы является малая прочность соприкосновения винтовой плоскости, что приводит к сравнительно быстрому износу резьбы.

Резьба веревочная асимметричного профиля не имеет этого недостатка. У этой большая контактная наклонная плоскость, которая воспринимает нагрузку от свинчивания; ударная нагрузка передается через поверхности соприкосновения торцов штанг. При асимметричной резьбе требуется иметь в соединительной муфте проточку для выхода резца, что ослабляет сечение муфты. В то же время симметричная веревочная резьба позволяет иметь муфту со сплошной нарезкой.

Дальнейшим развитием бурового инструмента с резьбой фасонного профиля является применение совмещенных резьб (внутренней и внешней). По внешней резьбе шлам свободно проходит из забоя к устью скважины, это позволяет уменьшить зазоры между стенкой скважины и инструментом. Уменьшение внешних зазоров, в свою очередь, позволяет увеличить размеры штанг по резьбе, что приводит к упрочнению всего бурового комплекта. Такой комплект называется усиленным.

Хвостовик бура для колонковых перфораторов имеет в передней части присоединенную резьбу и манжету, сделанную из маслостойкой резины, которая служит для уплотнения водяной трубки. Манжета предотвращает попадание промывочной воды в цилиндр перфоратора.

Уход за буровым инструментом и его заточка

В забое при бурении глубоких скважин рекомендуется хранить штанги на стеллажах. Для равномерного износа штанг следует, те штанги, которые находятся в скважине на большой глубине, в следующую скважину подавать последними, чередуя комплект по кругу. Резьбу на концах штанг необходимо хорошо смазывать графитной смазкой.

Очень важно своевременно затачивать буры или менять коронки на штангах.

Восстановление и изготовление бурового инструмента

Для восстановления бурового инструмента, поврежденного при бурении, и изготовления нового бурозаправочные мастерские оснащаются оборудованием, обеспечивающим заправку и закалку буров, а также заточку и напайку коронок твердым сплавом. В состав оборудования бурозаправочных мастерских входят нагревательные печи, бурозаправочные и заточные станки, закалочные ванны, токарные станки и измерительная аппаратура.

Нагревание буровой стали производят в нагревательных печах перед ее обработкой на бурозаправочном станке или перед закалкой. В этих же печах нагревают коронки при армировании их твердым сплавом. Различают пламенные нагревательные печи, работающие на жидком или газообразном топливе (нефть, мазут, соляровое масло, газ), электрические печи и нагрев токами высокой частоты.

Нефтяная печь НП-1 (рис. 2, а) устанавливается на подножках и внутри выложена огнеупорным - шамотным кирпичом. Сжатый воздух поступает по трубе 3 к форсунке 5. Сюда же по трубе 6 подается нефть, которая в форсунке смешивается с воздухом и выбрасывается в камеру сгорания. Сжатый воздух подается также по трубопроводу 4, образуя воздушную тепловую завесу перед нагреваемой буровой сталью. Буровой инструмент загружается в топочное отверстие 1 и прикрывается защитным щитом 2. Бак с топливом лучше устанавливать снаружи помещения не менее чем на 0,6-0,8 м выше уровня форсунки. Все печи обычно рассчитываются на давление сжатого воздуха 3-5 кгс/См2 и расход 0,3-0,5 м³/ч. Контроль за температурой нагрева производится по цвету раскаленной стали, магнитными индикаторами или оптическими и термоэлектрическими пирометрами. Работа магнитного индикатора основана на потере сталью магнитных свойств при нагревании ее до 750-800° С. В оптическом ламповом пирометре основным элементом является электрическая лампочка, накал нити которой может постепенно изменяться до согласования с цветом нагреваемой стали. Температура отсчитывается по отградуированной шкале гальванометра.

Рисунок 2 - Нагревательные печи для буровой стали

Электрические печи обеспечивают более равномерный нагрев, экономичность в работе, точность контроля и автоматичность регулирования теплового режима при высокой культуре работы. Электрическая печь ЭП-1 мощностью 42 кВт состоит из корпуса 1 (рис. 2, б), выложенного внутри шамотным кирпичом, в котором наложены электронагревательные элементы. Для контроля за температурой, которая во всех печах может доводиться до 1200° С установлена термопара, подсоединенная к прибору, находящемуся на пульте контроля и управления З. Буровой инструмент 2 устанавливается в печь через топочное отверстие 4 и поддерживается подставкой 5.

Наиболее производительным и удобным является нагрев буровой стали и напайка пластинок твердого сплава в индукторе, по которому протекает ток высокой частоты. Индуктор представляет собой спираль 1 (рис. 2, в) из латунной трубки, внутри которой протекает вода для охлаждения. Зазор между стенками индуктора и нагреваемым предметом 2 (коронкой) не должен превышать 4-6 мм. Обычно индукторы изготовляют для одновременного нагревания нескольких коронок.

Технические характеристики нагревательных печей представлены в табл. 7

Таблица 7 - Технические характеристики нагревательных печей

Параметры	Марки печи
	НП-1	ЭП-1	№1	№2	№3
Вид топлива	Мазут	Электричество	Нефть
Максимальный диаметр буров, мм	90	80	70	70	70
Производительность нагрева, шт./ч	60	60-80	100	150	До 400
Расход топлива, кг/ч	7,65	-	7,6	8-10	7,5-18
Высота загрузочного окна, м	0,1	0,1	0,89	0,76	0,76
Основные размеры печи, м: Длина Ширина Высота	0,96 0,55 1,35	1,25 0,65 1,3	1,15 0,6 1,3	1,20 0,67 1,22	1,25 0,9 1,35
Масса, кг	1070	845	600	453	830

Бурозаправочный станок используется для резки и ковки буровой стали, включая и высадку хвостовиков и головок. Бурозаправочный станок состоит из станины, вертикального молота 3 (рис. 3, а), горизонтального ковочного молотка 5, молотка пробойника 6 и механизма управления. Нижняя часть станины 1 одновременно служит воздухосборником, а верхняя 2 - цилиндром для поршня 8 вертикального молота. Сжатый воздух поступающий к золотниковому устройству 4, с помощью рукоятки 10 направляется в верхнюю или нижнюю полость цилиндра для перемещения поршня. При ходе поршня вверх ковочный молот 3 поднимается, а при ходе вниз, который может производиться плавно или резко, - опускается плавно вниз, прижимаясь к верхней части станины (аналогично тискам) или производя удар по ней. К вертикальному молоту в верхней части станины крепятся ножи 9, предназначенные для рубки стали, и половинки зажимных матриц 7 для формовки хвостовиков и коронок.