XIII Международная научно-практическая конференция. ПРИРОДНЫЕ И ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ СИБИРИ СИБРЕСУРС 2010
УДК 622.232.2
Герике Б.Л.
Герике П.Б.
ГУ КузГТУ г. Кемерово
МОДЕРНИЗАЦИЯ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ГОРНЫХ МАШИН ДЛЯ ВЫЕМКИ ПРОЧНЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Важнейшими функциональными узлами этого класса горной техники являются исполнительные органы, производящие разрушение полезного ископаемого, и средства эвакуации отбитой горной массы. В качестве рабочего инструмента на исполнительных органах добычных машин используются, как правило, тангенциальные вращающиеся резцы, способные разрушать с приемлемыми энергозатратами породные массивы прочностью до 30 МПа при показателе хрупкости пород равных 0,2, а при хрупкости равной 0,07 – до крепости пород равной 60 МПа. При прочности пород больше 60 МПа для эффективной работы вращающихся резцов требуется проведение специальных мероприятий по разупрочнению горного массива.
В настоящее время, как единственную альтернативу для отделения прочных полезных ископаемых от массива, предлагается использовать дисковый инструмент. Анализ новейших исследований по вопросам создания и взаимодействия дискового инструмента с горным массивом показывает, что исключительно хорошую перспективу при разрушении крепких пород с сопротивлением одноосному сжатию 80…120 МПа имеют скалывающие диски, работающие в режиме силового малоциклового разрушения [1]
Результаты производственных испытаний дискового инструмента на очистных комбайнах при добыче угля из сложно структурированных пластов показывают, что их применение вполне целесообразно для разрушения различного рода породных прослойков и включений в угольных пластах. Так испытания экспериментального образца шнекового исполнительного органа Ш-16 при выемке пласта Бреевский (сопротивляемость угля резанию АУ = 131 кН/м, сопротивляемость пласта резанию АП = 175 кН/м) на шахте им. Кирова (Ленинск-Кузнецкий, Кемеровская обл.) показали хорошие результаты по расходу рабочего инструмента: за все время испытаний (добыча 14,7 тыс. т) не было заменено ни одного скалывающего диска, в то время как расход резцов в этих условиях составлял 120…150 штук на 1000 тонн добытого угля. Ситовый анализ продуктов разрушения показал, что при выемке угля экспериментальным образцом исполнительного органа Ш-16 выход штыба уменьшился в 1,54 раза, а крупных классов – увеличился в 2,77 раза.
Улучшается и экологическая обстановка на рабочем месте машиниста комбайна. Отбор проб воздуха, проведенный в трех метрах от комбайна по исходящей струе при работающей системе орошения, показал, что запыленность воздуха снизилась с 815 мг/м3 до 420 мг/м3.
Дальнейшее развитие рабочих органов с дисковым инструментом связано с заказом на проектирование механизированного комплекса для добычи руд цветных и благородных металлов из пологопадающих маломощных жил с коэффициентом крепости по шкале проф. М. М. Протодьяконова f меньше 14 [2]. Разработанный в содружестве с институтом «Гипроцветмет» опытный образец исполнительного органа ШДИ-1250М был предназначен для добычи полиметаллической руды из жилы Становая на руднике «Приморский» ПО «Дальполиметалл» (Дальнегорск, Приморский край). В контурах опытного блока СI-27 мощность рудного тела колебалась от 0,1 до 1,5 м (вынимаемая мощность составляла 1,9 м), угол падения изменялся от 20 до 40 градусов, гипсометрия невыдержанная. Длина лавы составляла 70 м, длина блока – 450 м. Рудное тело представлено монолитной сульфидной жилой, сопровождающейся зонами прожилкового оруднения с сопротивляемостью разрушаемого массива 112,3 МПа.
Опытный образец рабочего органа был модернизирован с учетом ранее полученных результатов. Это позволило, как показали результаты производственных испытаний, существенно снизить динамичность нагрузок, формирующихся в режущей и подающей частях очистного комбайна. Величина удельных энергозатрат при выемке рудного тела опытным образцом рабочего органа ШДИ-1250М составляет HW = 2,9 кВтч/м3 с погрешностью 0,79 кВтч/м3. Оценка величины удельных энергозатрат при разрушении этого же массива серийными рабочими органами с резцами ЗР-4.80 дает величину HW = 10,28 кВтч/м3 с погрешностью 2,41 кВтч/м3, что почти в 4 раза выше по сравнению с результатами, полученными при эксплуатации опытных образцов рабочего органа.
Удельный расход скалывающих дисков во время производственных испытаний не превышал 8 штук на 1000 м3 разрушенной горной массы, а наработка на отказ опорного узла составляла 800…1000 м3 разрушенной горной массы.
Опыт разработки и создания рабочего органа ШДИ-1250М позволил перейти к проектированию исполнительного органа для принципиально нового класса горной техники – машин для поверхностного послойного фрезерования полезных ископаемых (Continuous Surface Mining). В содружестве с Дрезденским университетом и горнопромышленным отделением фирмы "MAN TAKRAF" был спроектирован и изготовлен экспериментальный образец двухзаходного шнекового рабочего органа комбайна TM-D25, который прошел промышленную апробацию на стенде фирмы "MAN TAKRAF" и в щебеночном карьере "NeiBekies Kiesabbau GmbH" (Германия) [3].
В целом результаты производственных испытаний макетного образца исполнительного органа испытательного комбайна Test Miner-25 подтвердили эффективность применения дискового инструмента при фрезеровании пород прочностью до 60 МПа. На практике была доказана принципиальная способность исполнительных органов с дисковым инструментом разрушать породные массивы выше средней крепости.
Удовлетворительные результаты разрушения достаточно вязких и прочных многолетнемерзлых пород [4] послужили основанием для выполнения работ по оборудованию проходческо-очистных комбайнов со стреловидным исполнительным органом скалывающими дисками [5] по схеме, реализованной на экспериментальном образце машины TM-D25, предназначенных для подземной разработки кимберлитовых руд, отличающихся повышенной крепостью крепостью большей 50 МПа и заметной вязкостью 0,14.
Результаты моделирования работы исполнительного органа с дисковым инструментом при разрушении пород различной прочности и хрупкости убедительно свидетельствуют, что область применения скалывающих дисков, реализующих режим силового малоциклового разрушения, гораздо шире самых распространенных на сегодняшний день тангенциальных вращающихся резцов.