Определение функционального критерия бурового станка при расчете комплекса горно-транспортного оборудования Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

первое, устанавливается объект, который должен пройти производственные операции или процесс эксплуатации (система машин, отдельная машина, сборочная машина, деталь); второе, устанавливаются элементы, как неделимое целое, из которых будут строиться структуры (части производственные операции -технологическая операция, операции организации и управления, типы производственных опера-

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

ций и процессы ТОР); третье, находятся возможные семейства элементов, из которых строятся структуры; четвертое, устанавливаются свойства элементов, которые необходимо учесть при построении структур; пятое, устанавливается тип структуры; шестое, используя принципы, разработанные в и теоретикомножественные операции над множествами формируют структурные формулы; седьмое, при

использовании общесистемных свойств для каждой формулы приводится ее геометрическая интерпретация в виде диаграмм Венна и ленточных графиков; восьмое, проводится качественный анализ формул на предмет развития объектов, описываемых ими; девятое, для процессов устанавливаются зависимости для расчета времени выполнения процесса.

Квзгинидзе В.С. - кандидат технических наук, доцент, ГУП «Якутуголь».

© B.C. Квагинилзе, В.А. Козлов 2002

УЛК 66.232.8.004.12+658.382(043.3)

B.C. Квагинилзе, В.А. Козлов ОПРЕЛЕЛЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО КРИТЕРИЯ БУРОВОГО СТАНКА ПРИ РАСЧЕТЕ КОМПЛЕКСА ГОРНО-ТРАНСПОРТНОГО ОБОРУЛОВАНИЯ

При решении задачи оптимизации горно-транспортного комплекса существует проблема сопоставления показателей основных видов горных работ, таких как: бурение скважин для взрывания горного массива, экскавация и транспортировка горной массы. Необхо-

димость приведения показателей различных видов горных работ к одинаковой размерности обусловлена целью вычисления единого критерия, характеризующего затраты в целом по добывающему полезное ископаемое комплексу оборудования. Размерность показателей и, соответственно, общего критерия с позиции физической сущности горных процессов должна иметь размерность энергии или с позиции экономики производства иметь стоимостное выражение.

С нашей точки зрения, при анализе работы оборудования горно-транспортного комплекса и его совершенствования необходимо применять на первом этапе анализа энергетические показатели работы оборудования и на втором этапе производить окончательную экономическую оценку выбираемых вариантов процессов работы.

Сопоставление показателей работы различных видов горного оборудования, имеющих единую размерность энергии, даст возможность оценить долю энергетических затрат каждого вида горного оборудования, участвующего в добыче полезного ископаемого. И, следовательно, можно будет провести оптимизацию горного оборудования по минимуму энергозатрат в целом по добычному комплексу.

Общий функциональный

энергетический критерий горно-транспортного комплекса (буровой станок, экскаватор, автосамосвал) будет иметь вид:

Хк — Хб + к + Ха, Дж, (1)

где Хб, Хэ, Ха - функциональные критерии бурового станка, экскаватора и автотранспорта, соответственно.

Необходимо отметить, что если при определении энергетических показателей таких видов горных работ, как экскавация и транспортирование горной массы сложностей не возникает [1,

2, 3], то при определении функционального энергетического показателя бурения в литературе отсутствуют однозначно убедительные обоснования его выбора.

Это связано, возможно, с разделением во времени процессов бурения скважин и экскава-

ции взорванной горной массы, которые разделены процессом заряжания скважин и взрывания блока горной породы. Необходимо отметить, что процесс экскавации и транспортировки горной массы непрерывно следуют во времени один за другим и к тому же связаны законом сохранения массы. Процесс же бурения скважин с законом сохранения массы связан косвенно через общую массу взрываемого блока или показатель выхода взорванной массы в м3 на один погонный метр пробуренных скважин. Процессы бурения и экскавации горной массы могут отстоять друг от друга на неопределенный промежуток времени. Следовательно, чтобы сопоставить различные горные процессы между собой мы должны использовать функциональный критерий бурового станка с размерностью энергии, который должен вычисляться за длительный промежуток времени, например, год, что позволит сгладить колебания длительностей периодов времени затрачиваемых на проведение различных видов горных работ.

Функциональный критерий бурового станка имеет вид:

Хб = W•Jx.бур•Kб.ст, Дж, (2)

где W - годовая производительность бурового станка, м; Jx.бур -теоретически минимальная

удельная работа, которую необходимо затратить

для бурения одного погонного метра скважины, зависит от физических свойств горных пород и вида бурения, Дж; Кб.ст - безразмерный коэффициент бурового станка, показывающий во сколько раз фактические затраты энергии при бурении данным буровым станком превышают теоретически минимальное значение удельной работы, необходимой для бурения одного погонного метра скважины.

Таким образом, функциональный критерий бурового станка характеризует общие энергозатраты на бурение скважин в течение года работы бурового станка.

При определении теоретически минимальной удельной работы, которую необходимо затратить для бурения одного погонного

метра скважины, Jx.бур будем, согласно работ [1, 4], опираться на следующие предпосылки:

1. Суммарное действие сил разрушения горной породы при бурении может быть оценено предельным сопротивлением породы разрушению:

стр — К1°сж + К2Страст + К3Стсдв, Па,

(3)

где СТсж, СТраст, °сдв - пределы

прочности горной породы на сжатие, растяжение и сдвиг (скалывание); К1, К2, К3 - коэффициенты, показывающие долю участия соответствующих напряжений при бурении, значения которых зависят от вида бурения, формы и режима работы бурового инструмента.

Трещиноватость породного массива можно не учитывать при определении стр, так как она косвенно учитывается при определении показателей прочности породы по образцам.

2. Согласно [4] при бурении хрупкой горной породы, удельная работа разрушения:

Jбур — Стр2/(2К) Уе — 3(1 - 2v) х хстр2 Уе /(2Е), Дж, (4)

где К - модуль объемного сжатия, Па; Е - модуль продольной упругости (модуль Юнга) породы, Па; V - коэффициент Пуассона; Уе - объем горной породы, разрушаемой при бурении одного погонного метра скважины, м3.

Уе — (п О2/4) 1е, (5)

где О - диаметр скважины, м; 1е -единичная длина равная длине одного погонного метра скважины, м.

3. В процессе бурения необходимо удалять из скважины буровую мелочь, следовательно, необходимо учитывать объемный вес породы и глубину скважины.

Удельная работа, совершаемая против силы тяжести по удалению буровой мелочи и приходящейся на один погонный метр скважины:

Jg — ктр У Уе (Ц/2), Дж, (6)

где у - удельный вес горной породы, Н/м ; Ьс -глубина скважины, м; к-ф - коэффициент трещиноватости массива горных пород.

4. Для определения теоретически минимальной работы Jx.бур, которую необходимо затратить для бурения одного погонного

метра скважины достаточно сложить выражения (4) и (6) : Jт.бур — Jбур + Jg, Дж. (7)

Таким образом, Jx.бур будет характеризовать теоретически минимально возможные затраты энергии, необходимой для разрушения и удаления из скважины горной породы при бурении одного погонного метра скважины.

5. Для определения значения коэффициента бурового станка Кб.ст необходимо знать эксплуатационные энергетические показатели его работы, а именно, фактические затраты энергии на разрушение горной породы в забое скважины, т.е. на вращение бурового става, его подачу и удаление буровой мелочи из скважины, а также затраты энергии на вспомогательные операции.

Коэффициент бурового станка находим по формуле:

Кб.ст — Jф. бур^т..бур, (8)

где Jф.бур - фактические эксплуатационные затраты энергии на бурение, производимые данной маркой бурового станка на один погонный метр пробуренных скважин в среднем за год работы горного предприятия, Дж.

Вычисление Jф.бур производится сложением фактических

затрат энергии на разрушение горной породы в забое скважины, на удаление разрушенной породы из скважины, на передвижение бурового станка и энергозатрат на вспомогательные операции.

В первом приближении для оценки значения коэффициента бурового станка можно воспользоваться паспортным значением затрат энергии на бурение Jп.бур, которое может быть вычислено по установленной паспортной мощности всех электродвигателей бурового станка:

Jп. бур — кс.гр ХРном. 1 ^п.м,

Дж, (9)

где ЕРномл - сумма паспортных номинальных мощностей всех электродвигателей установленных на буровом станке (вращателя бурового става, подачи бурового става, компрессора и др.), Вт-с; ксгр - групповой коэффициент спроса; ^.м - среднее время необходимое для бурения одного погонного метра скважины, с.

Групповой коэффициент спроса определяем по формуле [5]: кс.гр — 0,43+0,57Рн.мах/£Рном.1, (10) где Рн.мах - номинальная мощность наибольшего по величине потребителя в группе электродвигателей.

Каждая марка бурового станка будет характеризоваться своим коэффициентом Кб.ст, значение которого будут определяться фактическими эксплуатационными затратами энергии непосредственно на бурение скважин. Вычисление коэффициентов буровых станков позволит оценить эффективность их работы. Сопоставление функциональных критериев буровых станков различных марок позволит произвести выбор марки бурового станка оптимального для конкретных горно-технических условий производства по минимальному значению этого критерия. В тоже время по минимальному значению функционального критерия можно будет подобрать к данной марке бурового станка оптимальный диаметр скважин из паспортного размерного типоря-да бурового инструмента.

Таким образом, определение функциональных критериев буровых станков по формуле (2) позволит оптимизировать работу парка буровых станков и, как следствие, повысить эффективность работы горно-транспорт-ного комплекса.

CПИCOK ЛИTEPATУPЫ

1. Ржевский В.В. Процессы открытых горных работ. -М., Недра, 1978, 541 с.

2. Подерни Р.Ю. Горные машины и комплексы для открытых горных работ. - М., Недра, 1985, 544 с.

3. Квагинидзе В.С. Управление качеством эксплуатации карьерного горно-транспортного оборудования в условиях Севера. - Якутск: ЯФ изд-ва СО РАН, 2001, 188 с.

4. Ржевский В.В, Новик Г.Я. Основы физики горных пород. - М., Недра, 1984, 359 с.

5. Белых Б.П, Щуцкий Б.И. и др. Электропривод и электрификация открытых горных работ. - М., Недра, 1983, 269 с.

KOPOTKO ОБ ABTOPAX

Квагинидзе В.С. - кандидат технических наук, доцент, ГУП «Якутуголь». Козлов В.А.- кандидат технических наук, доцент, ГУП «Якутуголь».

© B.C. Kвaгинилзe, A.П. Poзeнтyль, C.B. Би^тв^ий, 2002

УАK 66.232.8.004.12+658.382(043.3)

B.C. KвaгиниAзe, A.П. Poзeнтyль/ C.B. Бинь^вский K BOПPOCУ СОЗ.AAHИЯ ПEPCПEKTИBHOЙ MOAEЛИ БУPOBOГO CTAHKA С ГИAPABЛИЧECKИM ПPИBOAOM

Для увеличения объемов добычи полезных ископаемых и снижения себестоимости единицы объема продукции, при ведении горных работ требуется высокотехнологичная горная техника. К созданию новой модели бурового станка уже неоднократно