Общие сведения о теме:

Проанализирована технологическая схема ведения работ в Новотроицком, рудоуправлении, основанная на буровзрывном способе добычи полезного ископаемого. Предложен новый подход к добыче на базе мощных гидравлических ударных механизмов, способный сделать процесс непрерывным, безопасным, планируемым.

Стремительное развитие открытого способа разработки вызвано его высокой производительностью, экономичностью и безопасностью по сравнению с подземным.

Новотроицкое рудоуправление является одним из горных предприятий по добыче и переработке известняков, включающее Известняковый карьер, Дробильно-обогатительную фабрику, три цеха и ряд участков, которые обеспечивают беспрерывную работу всего предприятия. На предприятии трудятся порядка 860 человек.

Главными машинами, обеспечивающими добычу и транспортирование полезного ископаемого, являются: экскаваторы типа ЭКГ-5а, буровые верстаки типа СБШ-250МН, и автомобили типа БЕЛАЗ грузоподъёмностью 40 тонн.

Основная продукция предприятия - известняк доломитизированный, которым Новотроицкое рудоуправление снабжает металлургическую промышленность, известняк обычный - химическую и пищевую промышленности, известняк строительный - строительные предприятия и сельское хозяйство.

Известняковый камень используют в основном для конвертерного и ферросплавного производства стали, для доменного производства чугуна. В пищевой промышленности для производства лимонной кислоты, отбеливания сахара. Он незаменимый для производства карбида, углекислого газа, ацетона. Отходы щебёночного производства дают возможность использовать его для производства шлакоблока, стенных блоков и других видов строительного производства. Поэтому основными задачами предприятия является повышение производительности по добыче полезного ископаемого и обеспечение безопасности труда. Однако скальные и полускальные породы характеризуются коэффициентом мощности f=6-7 по шкале проф. Протодьяконова, что требует привлечение высоких энергий для их разрушения.

В настоящее время для добычи полезного ископаемого в условиях карьера используется буровзрывной способ. Этот способ получил наиболее широкое распространение при открытых разработках, характеризуется действием давления, возникающего в результате воспламенения взрывчатых веществ. Для разрушения массива взрывным способом производится бурение шпуров диаметром 40-50 мм, глубиной до 2-х метров и скважин диаметром 100-105 мм и глубиной до 40 м. Для бурения шпуров и скважин применяют бурильные машины (перфораторы, свёрла, установки и станки), которые являются сложными, дорогостоящими пневматическими или гидравлическими машинами. При буровзрывном способе добычи эта техника используется периодически, но требует постоянного ухода и поддержания её в работоспособном состоянии.

Проведение буровзрывных работ сопровождается рядом существенных недостатков:
1) В опасную зону подрывных работ попадают: водоотливные установки и водоводы, расположенные на нижних горизонтах карьеров: ЛЭП, которые питают горное оборудование;
2) Это работа со взрывчаткой и другими взрывоопасными веществами;
3) Проведение взрывных работ сопровождается сложной организацией мероприятий, включающих остановку всех текущих работ в карьере, а также в административных помещениях управления карьером, которые находятся поблизости от карьера, и эвакуацию всех работников;
4) Взрывы сопровождаются высоким уровнем шума и ударными волнами, которые могут быть причинами (при регулярном воздействии) трещин и разрушений близлежащих строений;
5) Взорванный массив полезного ископаемого нуждается в проведении дополнительных вскрышных работ, а также дополнительных работ по разрушению негабаритов, образовавшихся в результате взрыва.
6) Газовые выбросы, которые выходят во время взрывов, значительно загрязняют атмосферу карьеров

Перечисленные недостатки буровзрывного способа являются причиной поиска новых путей разработки открытых месторождений полезного ископаемого. Одним из таких способов в условиях карьера является непрерывная добыча полезного ископаемого с помощью механизмов ударного действия.

Классификация ударных механизмов.

Ударные механизмы - устройства, предназначенные для ударного разрушения материалов. Рассмотрим ударный механизм как ударную систему и привод. В ударную систему входят элементы генерирующие, передающие и воспринимающие ударную нагрузку (ударник, инструмент, материал); в привод - двигатель ударника и, если необходимо, устройство подачи и вращатель. При создании ударного механизма основным вопросом является разработка генератора ударной нагрузки для выбранного типа привода.

Генератор ударной нагрузки может быть представлен как силовая импульсная система, т. е. как устройство, в котором генерируются импульсы силы определенной частоты и интенсивности, воздействующие на инструмент. Наибольшее распространение получили пневматические, гидравлические, электрические ударные системы (в дальнейшем из-за высоких энергетических показателей будем называть их молотами).

Электрические молоты из-за низкой производительности не нашли широкого применения. Для пневматических ударных механизмов характерны такие свойства: простота конструкции, надёжность работы, способность развивать значительную мощность при небольшой массе. Однако для разрушения массивов полезного ископаемого крепостью более 4-х ед. по шкале проф. Протодъяконова, пневмомолот должен обладать энергией удара на уровне 500- 1000 Дж, что вызовет необходимость в использовании сверхмощных компрессоров или компрессорных станций.

Гидравлический ударный механизм (гидромолот)

Гидравлические ударные механизмы общего назначения могут иметь такие же принципиальные схемы, как и ручные машины. Из всей совокупности элементов, составляющих конструкцию гидравлического механизма ударного действия, независимо от его назначения, можно выделить два основных узла: узел ударника и узел управления.

Узел ударника предназначен для преобразования гидравлической энергии потока в кинетическую энергию поршня ударника (далее боек). Через инструмент боек воздействует на забой. Узел управления выполняет функцию управления движением поршня ударника путем распределения потока жидкости, воздействующей на рабочие поверхности бойка. По характеру основной реализуемой операции узел управления называют распределительным устройством или распределителем.

Для питания гидравлического ударного механизма используется насос, снабженный предохранительной аппаратурой, стабилизаторами давления, гидромагистралями. У гидравлических механизмов разгон бойка осуществляется за счет энергии рабочей жидкости, подаваемой под давлением питающим насосом. Реализовать воздействие результирующей силы на боек для его перемещения можно различными способами управления гидравлическими рабочими камерами. По принципам управляемости различают ударные механизмы с одной управляемой камерой (прямого и обратного хода) и двумя управляемыми камерами. Изменение давления в рабочих камерах осуществляется узлом управления, который периодически соединяет управляемую камеру с напорной и сливной камерами. Узел управления, который осуществляет распределение потока рабочей жидкости, может иметь обратную связь по положению бойка, его скорости, ускорению.

В большинстве гидравлических ударных механизмах ведущих зарубежных фирм управление движением бойка осуществляется с помощью двухпозиционного распределителя давлений, имеющего обратную связь с бойком по его положению. В конструкциях гидроударных механизмов фирм "Монтабер" (Франция), "Тамрок" (Финляндия) распределитель выполнен в виде двухпозиционного золотника трубчатой формы, охватывающего боек. Такие механизмы имеют простую конструкцию, но в последнее время идет тенденция перехода некоторых фирм (например, "Фуракава", Япония) к конструкциям с вынесенным золотником. В гидроударных механизмах фирм "Секома" (Франция), "Линден-Алимак" (Швеция) золотник расположен в корпусе рядом с бойком.

Известны также конструкции гидрообъемных ударных механизмов с самораспределителем, единственным подвижным элементом которых является поршень, перераспределяющий при своем движении направление потока рабочей жидкости.

Таблица 1. Техническая характеристика гидромолотов фирмы "Фурукава" (Япония)

Конструкция тяжёлого гидромолота Caterpillar

Энергия удара тяжелого молота Caterpillar на 80% создается гидравлическим аккумулятором высокого давления. При обратном ходе поршня жидкость через контрольный клапан нагнетается под диафрагму аккумулятора. При рабочем ходе накопленная энергия высвобождается, и жидкость толкает поршень, совершая полезную работу. Кроме того, аккумулятор гасит скачки пикового давления внутри молота, защищая гидросистему носителя.

Во время позиционирования молота давление в аккумуляторе поддерживается предохранительным клапаном. Поток жидкости, поступающей непосредственно из гидромагистрали по каналам к поршню, дополняет 20% энергии удара. Чтобы на весу молот не работал вхолостую, в него встроена система автоматического отключения Auto Shut Off (ASO). Рабочий инструмент (долото) перемещается по двум проворачивающимся втулкам, верхней и нижней. По каналам нижней герметизированной втулки к поверхности долота нагнетается смазка. По состоянию смазочной канавки можно определить степень износа втулки. Другой канал выведен над верхней втулкой, и смазка поступает одновременно и к долоту, и к поршню. Смазка заправляется вручную через масленки либо нагнетается по трубопроводу системой смазки, установленной на несущей машине. Нижняя втулка снабжена уплотнением. Второе уплотнение окружает втулку, препятствуя проникновению пыли внутрь конструкции. Нижнюю втулку и уплотнение меняют при периодическом обслуживании, для чего выбивают штифты. На поршне сделана поперечная проточка, чтобы создавался подпор гидравлической жидкостью при обратном ходе поршня, препятствующий трению металла о металл. Для снижения шумовой нагрузки внутренний цилиндр окружен эластичными демпфирующими элементами. Через воздушный клапан к молоту подсоединяется трубопровод компрессора.

Заключительная информация

Опыт создания гидравлических молотов подтверждает их явные преимущества перед пневматическими:
1) Обеспечение высоких энергочастотных показателей;
2) Возможность работы в качестве навесного оборудования, например, вместо ковша экскаватора, трактора, бульдозера и т.п.;
3) Возможность обеспечения работы в системе гидропривода основной машины (экскаватора, трактора, бульдозера);
4) Повышение к.п.д.;
5) Снижение эксплуатационных затрат;
6) Уменьшение шума и запылённости. В настоящее время широко известны молоты, использующие в качестве рабочей жидкости минеральные масла. Есть данные о возможности работы некоторых видов подобного оборудования на водомасляной эмульсии.

Мы считаем актуальной задачу разработки комплексного средства разрушения полезного ископаемого, включающего механическое ударное воздействие на забой, гидравлическое ударное воздействие с помощью струи высокой энергии. В связи с этим весьма важным видится вопрос о создании гидравлического молота, способного работать на технической воде. Доступность этой рабочей жидкости в условиях карьера делает такого типа гидромолоты привлекательными для использования при открытой добыче полезного ископаемого, для проведения вскрышных и вспомогательных работ.

Направление дальнейших исследований:

" Исследование математических моделей возможных схем гидравлических ударных механизмов(ГУМ);
" Постановка задачи проектирования ГУМ заданной энергии удара;
" Исследование схем и выбор основных конструктивных параметров;
" Планирование машинного эксперимента;
" Построение матрицы планирования.

Литература:

1. Падуков Валентин Алексеевич и др. Разрушение горных пород при ударе и взрыве. Л., "Наука", Ленингр. отд-е, 1971. 161с.
2. Ясов Виталий Георгиевич. Теория и расчёт рабочих процессов гидроударных буровых машин / В. Г. Ясов. - М: "Недра", 1977. -153с
3. Машины ударного действия для разрушения горных пород / Д. П. Лобанов, В. Б. Горовиц, Е. Г. Фонберштейн и др. - М.; Недра, 1983. - 152с.
4. www.tradicia-k.ru Представлена информация о гидроударниках и их навеске на экскаватор.