Оптимизация параметров дробильного оборудования на основе энергетических характеристик дробимости горных пород Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

раметров спускоподъемного комплекса установок для ремонта скважин имеет ряд особенностей:

♦ большое разнообразие операций, составляющих технологический процесс бурения и ремонта скважин;

♦ совместная работа механизмов, входящих в СПК;

♦ наличие значительного числа конструктивных исполнений и многообразие влияющих факторов.

Эти особенности определяют число переменных, подлежащих определению.

Оптимизация СПК установок для ремонта скважин проводится по двум направлениям:

♦ структурная оптимизация;

♦ параметрическая оптимизация.

В качестве структурных переменных приняты варианты конструктивного исполнения механизмов, входящих в состав спускоподъемного комплекса. Нереализуемые сочетания исполнения механизмов СПК исключаются на этапе функционального анализа. На основе систематизации технических средств и в соответствии с выполняемыми функциями разработана функционально-конструктивная классификация технических средств СПК. В этой разработке особое внимание уделено исследованию возможностей выполнения нескольких функций одним механизмом. В результате структурной оптимизации для конкретных условий эксплуатации выявлен вариант СПК, особенно-

Рис. 1. Блок-схема структурной и параметрической оптимизации: М1...Мп - математические модели определения значений целевой функции для отдельных структурных исполнений СПК, АПО - алгоритм поисковой системы, Zmm - минимальное значение целевой функции.

стью которого является наличие силового вертлюга.

Разработана программа на языке FoxPro для выбора структурных элементов СПК по заданным условиям работы. Составлены базы данных всех технических средств, входящих в состав комплекса.

Алгоритм оптимизации представлен на рис. 1.

Критерием оптимизации при расчете параметров установок для ремонта может быть принята стоимость одного ремонта.

В целевую функцию для определения оптимальных параметров различных вариантов исполнения СПК будет входить и выражение расчета затрат времени на выполнение технологических операций, связанных со спуском-подъемом бурильных и обсадных труб, приборов и инструмента в скважине.

Диапазон изменения параметров спускоподъемного комплек-

са установки для ремонта глубоких скважин ограничивается следующими требованиями:

♦ обеспечением технической производительности не ниже значения, определенного тех-ни-ческим заданием;

♦ возможностями техниче-

ской реализации для конкретного варианта исполнения;

♦ соблюдением правил техники безопасности при эксплуатации установки.

Эти требования реализуются введением ограничений на:

♦ максимальную скорость

подъема;

♦ максимальную скорость

спуска;

♦ максимальную скорость навивки каната на барабан лебедки;

♦ нагрузку на крюке, предельную для конкретной установки;

♦ максимальную мощность привода;

♦ максимальную массу оборудования;

♦ универсальность комплекса (возможность использования труб различного диаметра и назначения, штанг, тросов).

Оптимизация СПК дает возможность для дальнейшего совершенствования установок, повышения их эффективности.

Использование на практике результатов проведенной оптимизации параметров СПК установок для ремонта скважин позволит существенно повысить технико-экономические показатели процесса бурения и ремонта глубоких скважин.

© Л.А. Гаврилова

Ю.А. Лагунова, к.т.н.,

Уральская государственная горно-геологическая академия

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ДРОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДРОБИМОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД

Наблюдаемое снижение качества добываемых руд как по содержанию ценных компонентов, так и по обогатимости, комплексное ис-

пользование минерального сырья, возрастание доли крепких горных пород обусловливают рост объемов перерабатываемых руд, что, в свою

очередь, повлечет дальнейшее возрастание капитальных затрат и эксплуатационных расходов на процессы рудоподготовки. В связи с этим

актуальной научно-технической проблемой является совершенствование традиционных методов рудо-подготовки и разработка техники и технологии нового поколения, обеспечивающих резкое снижение материальных и энергетических затрат. На кафедре горных машин и комплексов Уральской Государственной горно-геологической академии выполняются экспериментальнотеоретические исследования процессов дробления. Особое внимание уделяется вопросам изучения свойств дробимости горных пород и формирования энергозатрат при дроблении.

В ходе исследований был выполнен анализ факторов, определяющих энергоемкость дробления, проведена экспериментальная оценка энергозатрат на дробление; определена потребляемая дробилкой мощность в условиях управления рабочим процессом (регулирование функции отбора материала, распределение материала по периметру камеры дробления).

Процесс дробления характеризуется большим количеством факторов, определяющих технологические показатели процесса. Основными влияющими факторами являются физико-механические свойства горных пород, в частности, дроби-мость породы. Полнота использования свойства дробимости является одним из компонентов оценки эффективности (крите-рием) той или иной дробильной машины. Анализ выполненных экспериментальных и теоретических исследований выявил, что свойство дробимости горных пород определяется в общем случае следующими характеристиками - гранулометрической и энергетической. Гранулометрические характеристики, представляющие собой соотношения между относительной деформацией разрушения и гранулометрическим составом продукта разрушения, достаточно полно исследованы. Энергетические характеристики, представляющие собой закономерности формирования энергозатрат в процессе дробления, изучены недостаточно. Известные

методы определения энергетических характеристик имеют эмпирический характер и неприемлемы для моделирования дробилок, так как с помощью эмпирических моделей можно получить лишь неизвестный по степени рациональности результат. Отсюда очевидна необходимость разработки теоретической модели рабочего процесса дробления, включающей взаимосвязи между грансоставом питания и энергоемкостью получения продукта заданной крупности. В результате проведенных экспериментальных исследований выполнена количественная оценка соотношения между различными уровнями относительной деформации разрушения кусков горных пород и величиной удельной работы. Дробление материала в камере дробления достигается при многократном зажатии и разрушении кусков породы и их осколков. Следовательно, процесс разрушения кусков породы в камере дробления можно рассматривать как сумму разрушений в «п» последовательно расположенных элементарных дробящих пространствах. В этом случае задача определения энергоемкости процесса дробления может быть решена методом последовательного суммирования энергетических характеристик свойства дробимости кусков породы и их осколков.

В итоге, знание гранулометрической и энергетической характеристик свойства дробимости позволит сформулировать «объективный характеристический критерий оптимальности» параметров дробилки, когда ограничением может быть только предел использования для преобразования объективно имеющихся физических свойств преобразуемого материала. Результаты исследований позволяют:

♦ при подготовке проектных материалов разрабатывать научно обоснованные нормативы, руководящие материалы по расчету мощности дробилок;

♦ разработать рекомендации по снижению энергозатрат для конкретных условий эксплуатации при сохранении производительности

дробилки и крупности готового продукта. В современных условиях традиционные методы рудоподготовки теряют эффективность применения и их моральная несостоятельность предвидится в обозримом будущем из-за известных обстоятельств:

♦ высокие энергозатраты на единицу продукции;

♦ низкая производительность из-мельчительного оборудования;

♦ гигантизм конструкции;

♦ большой расход металла на футеровки и мелющие тела;

♦ безвозвратные потери извлекаемых металлов и их минералов при измельчении вследствие диффундирования в мелющие тела и футеровки;

♦ неуправляемость процесса разрушения частиц породы - разделение минералов происходит произвольно, не по плоскостям срастания.

При этом снижается степень извлечения ценных компонентов и качество продукта. Совершенствование механических методов рудопод-готовки происходит в следующих направлениях:

♦ интенсификация рабочих процессов за счет создания высоконапряженных силовых полей и воздействий (инерционные дробилки, центробежные мельницы и т.п.);

♦ разработка конструкций оборудования, реализующих низкоэнергоемкие механические воздействия (удар, скручивание, срез, изгиб и т.п.);

♦ использование в дробильноразмольном оборудовании само-дробления (гравитационное дробление) и самоизмельчения.

Анализ современного состояния дробильно-размольного оборудования указывает на перспективность немеханических методов рудоподго-товки, таких как термическое измельчение, разрушение с помощью ультразвука и т.д.. Рост эффективности процессов рудоподготовки позволит существенно повысить технико-экономические показатели горного производства.

© Ю.А. Лагунова