CC BY
37
4. Самедов А.М., Кравець В.Г., Вапшчна В.В., Розрщження пилува-тих nicKiB, cynicKiB та суглинк1в при вiбрацiйних впливах. Наук. вiсник, Нац. Прничого yнiверситетy, Днiпропетровськ, 2004. №2. С. 47-49.
5. Самедов А.М., Зуевская Н.В., Чирагов Д. Математичне моделю-вання розповсюдження плоских хвиль у розрщженому масивi при корот-кочасно дiючих динамiчних навантаженнях // Вюник Житомирського тех-нологiчного ушверситету. Вип. III (38). Технiчнi науки, 2006. С. 155-161.
6. Ставницер Л.Р. Деформации оснований сооружений от ударних нагрузок. М.: Стройиздат, 1969. 126 с.
A.M. Samedov, A.D.D. Mani, M.K. Demessie
MATHEMATICAL MODELLING OF COMPRESSIBILITY OF UNDERGROUND CONSTRUCTION FOUNDATIONS UNDER DYNAMIC ACTIONS
The techniques of preparation and differential equations of the vibration motions in 2-layer based on dynamic loads, as the elastic-plastic medium, based on accepted rheological modules.
Key words: dynamic loadings, resilient and plastic deformation, tensions.
Получено 10.05.12
УДК 622.232.76:622.362.3
В.П. Сафронов, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-20-41, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
В.В. Сафронов, канд. техн. наук, (4872) 35-60-80, [email protected] (Россия, Тула, ОАО «Тулагипрохим»), А. А. Сидорков, асп., (4872) 35-20-41, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ БУЛЬДОЗЕРНО-РЫХЛИТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА
Предлагается решение по повышению производительности БРА на базе тракторов мощностью более 500 л.с. Рассмотрен способ повышения производительности БРА.
Ключевые слова: бульдозерно-рыхлительный агрегат, мощность трактора, производительность, рыхление, способ.
Подготовка массивов горных пород к выемке, а именно - дробление или их рыхление, относится к тем технологическим процессам, от которых зависят все последующие технологические процессы, связанные с переработкой сырья в товарную продукцию. Результаты статистического анализа затрат на выемочно-погрузочные работы с применением БВР в карьерах со скальными породными массивами показывают, что затраты на подготовку
породного массива к экскавации достигают в среднем 25 % от общих затрат на горные работы.
Известны следующие способы подготовки массивов горных пород к выемке: механическое рыхление; дробление взрывом; гидравлическое разрушение пород (нагнетанием, насыщением водой, растворением); физическое (термическое); химическое и комбинированное. Наибольшее распространение в карьерах для подготовки скальных горных пород к выемке получил буровзрывной способ. Однако все чаще встречаются условия, когда применение буровзрывного способа ограничено по ряду причин, например, ограничение накладывается охранной зоной или пределами допустимой концентрации пылегазовых выбросов от взрыва в окружающую среду и поэтому расширяется область попыток применения механического способа.[4]
Выбор способа подготовки породных массивов к экскавации зависит от свойств породного массива, применяемых средств механизации, предъявляемых требований к качеству подготовки породной массы и условий возможного применения того или иного способа подготовки породного массива к экскавации. В этом случае необходимо решить задачи по совершенствованию буровзрывного способа или перейти к другому способу подготовки породного массива к экскавации, который, также как и предыдущий, обеспечивал бы заданную производительность карьера.
Достигнутый уровень знаний о взрыве позволяет совершенствовать взрывной способ в направлении снижения нагрузки на окружающую среду. Однако с экономической точки зрения уровень удельных затрат с применением механического способа в среднем в 1,5 раза ниже уровня удельных затрат с применением буровзрывного способа, но при этом трудно удержать уровень производительности карьера, достигнутый с применением БВР.[6]
Анализ результатов исследований по направлению механического способа разработки скальных породных массивов (особенно это относится к известнякам и доломитам) позволяют на сегодняшний день сформулировать технологическое предложение: - использовать природные свойства породного массива и не дробить ничего лишнего в нем. Для реализации технологического предложения необходимо производить раскройку месторождений по основному показателю: минимальные энергетические затраты на единицу объема породной массы при обеспечении заданной производительности карьера.[5]
При оценке пород, пригодных для рыхления, учитываются слоистость, трещиноватость, влажность и другие свойства. В качестве ускоренного исследования пород в последние годы широко используется акустический метод. В зависимости от скорости прохождения звуковой волны через природный массив определяются пригодность пород и возможное направление рыхления (чем породы монолитнее, тем выше скорость зву-
ковой волны и наоборот). Однако этот метод только косвенно определяет физические свойства пород. Результатом раскройки тела залежи является паспорт технологических свойств карбонатного массива.
Паспортизация массива пород дает возможность установить участки месторождения, которые подходят для реализации механического способа подготовки породного массива к экскавации. К технологическим свойствам, которые наиболее существенно влияют на процесс рыхления породного массива, относятся мощность слоя, размеры отдельностей в каждом слое, прочностныехарактеристики цементационных связей отдель-ностей и слоев.При паспортизации технологических свойств породного массива следует обращать внимание на то, что такие параметры, как мощность слоя и размер отдельности слоя связаны между собой через зависимость: при мощности слоя h, длина и ширина природной отдельности карбонатного массива соответственно равны и h.
На практике при рыхлении карбонатных массивов с прочностью пород до 40 МПа, себя зарекомендовали бульдозерно-рыхлительные агрегаты (БРА) на базе трактора более 500 л.с. Главные достоинства БРА -простота конструкций рыхлителя и небольшие площади забоев. Однако область применения БРА ограничена, и одной из основных причин является не мощность трактора, а невозможность реализовать паспортную мощность трактора в максимальные тяговые усилия из-за недостаточного зацепления гусениц трактора с поверхностью забоя [2].
При определении тягового усилия Th, развиваемого трактором (вес трактора с учетом навесного оборудования Gar), учитывается сопротивление движению трактора Wb создаваемое рыхлителем (рис. 1).
На наклонную поверхность наконечника рыхлителя действует равнодействующая сила сопротивления породы разрушению (рис. 2), направленная под углом к горизонтали. Ее составляющие: горизонтальная
R12
Тн
Рис. 1. Схема к расчету баланса действующих сил БРА
R11 и вертикальная R12. Вертикальная составляющая R12. действует на трактор через подвеску рыхлителя.
Силы сопротивления породы резанию рассчитываются по формуле
W = Я + W4, (1)
где W1- сопротивление породы рыхлению зубом рыхлителя, МН (рис. 2); Яп- горизонтальная составляющая реакции силы Яп, действующей на рабочий орган рыхлителя, МН; W4 - сопротивление перемещению рабочего органа, создаваемое силами трения, МН,
W4 = Я13 • ¡1 + 0,11 • Яп , (2)
где Яз - нормальная составляющая реакции равнодействующей сил Я ,
действующей на рабочий орган рыхлителя, МН; 8- угол резания скальных пород наконечником рыхлителя, град.; / - коэффициент трения породы по металлу,/1=0,3...0,5; Я - горизонтальная составляющая реакции равнодействующей силы Я , действующей на рабочий орган рыхлителя, МН. Силы сопротивления движению БРА
N = ( Оаг + Я12 )• /3, (3)
где Оат - вес агрегата, МН; Я12 - вертикальная составляющая реакции равнодействующей силы Я1 , действующей на рабочий орган рыхлителя, МН; /3 - коэффициент сопротивления качению (движению).
Тяговые усилия Тн трактора с учетом коэффициента зацепления ходового механизма с поверхностью качения (забоем)
Т =( Оаг + Я12 ) • ^зац , (4)
где Тн - номинальное тяговое усилие трактора по условию сцепления с поверхностью забоя, МН; ^зац - коэффициент зацепления ходового механизма с поверхностью забоя (для гусеничного хода (рац = 0,9) .
Возможность применения БРА проверяется балансом действующих
сил:
£ Тн - N. (5)
где Y^W- сумма действующих сил сопротивления, МН; Тн - номинальное тяговое усилие (наибольшее тяговое усилие, реализуемое базовым трактором на плотной породе с учетом догрузки его навесным оборудованием при скорости 2,5.3 км/ч и буксовании не более 7 % для гусеничных машин) по условию сцепления, МН; N - сопротивление движению механизма хода, МН.
Кроме условия (5), необходимо выполнение следующих условий:
Я =—°аг - /з) , , (6)
с^ V - ^п V •(Ясц - /з)
0„<Д1<1,70„ , (7)
,_-/,= 0,8 (8) где Кх - равнодействующая сил, действующих на рабочий орган рыхлителя, МН; /з - коэффициент сопротивления качению (движению),/з = 0,1...0,2 для гусеничного хода; V- угол к горизонтали, под которым действует^ .
Рис. 2. Схема приложения сил, действующих на рабочий орган
рыхлителя
Для определения производительности бульдозерно-рыхлительного агрегата необходимо определить объем разрыхленной породы за определенный период времени. Объем одного прохода определяется умножением длины фронта работ на площадь сечения образующейся зоны разрушения. Площадь зоны разрушения рассчитывается по формуле
^ = (1 -т)-ЬрНр+%-аё/32, (9)
"У
где Т7 - площадь разрушения породы, м-; т - коэффициент пропорциональности (т= 0,02); #р - глубина рыхления, м; Ъ - ширина полосы
рыхления одной стойкой по низу, м:
(10)
где /7з - высота фигуры разрушения породы при рыхлении, выделенная в форме трапеции, м; Яр - глубина рыхления, м; кз - отношение глубины
рыхления к ширине наконечника,кз = 3...5; Дз - угол атаки наконечника рыхлителя, Дз = 45°;
Нр =у1 кз ■ сх , (11)
где W1 - сопротивление породы рыхлению зубом рыхлителя, МН; с1 -эмпирический коэффициент, рассчитывающийся по формуле
1
с1 = т • ^ Осж • Р1 +
(1 -т) + -•(К -tgbз)• ^Д
^2 Ор ^ Р2 , (12)
4 2 О
о =4,2 0ж , (13)
р.ск ' V /
р О 4
сж
где орск - предельное расчетное значение сопротивления породы разрушению при действии сил растяжения по условию пригодности для их рыхления, рассчитывается по формуле (13).
Для возможности максимальной реализации мощности тягача предлагается технологическая схема работы БРА с предварительной подготовкой поверхности забоя. Наиболее целесообразным представляется подготовка забоя в виде предварительно отсыпаемого технологического слоя щебня, который не обязательно должен быть кондиционным и может поставляться с предварительного грохочения первичного узла дробления перерабатывающей фабрики. Отсыпку необходимо производить только перед рыхлением первого слоя площади отработки (рис. 3, а), а для рыхления последующих слоев при буртовании разрыхленной массы предлагается оставлять необходимое количество разрыхленной массы, подготавливая тем самым нижележащий слой отработки. На рис. 3, б показан процесс буртования разрыхленного полезного ископаемого для последующей отгрузки в транспортные средства с учетом оставления технологического подготовительного слоя для рыхления нижнего слоя. Таким образом, поочередно происходит процесс рыхления по всей мощности добычного уступа. После этого выделяется следующая площадь рыхления вдоль движения добычного фронта работ, для начала отработки которой также необходим первоначальный подготовительный слой щебня [3].
Одной из задач данной работы является определение мощности отсыпаемого подготовительного технологического слоя (или оставляемого при последующем рыхлении), при котором коэффициент сцепления будет максимальным и эффективнее реализовывать тяговые возможности базовой машины. Для определения оптимальной мощности использовалась теория зернистой среды.
11111111111
I I I I Г I I Г I I I н
Рис. 3. Технология подготовки карбонатного массива к выемке при помощи БРА: а - процесс рыхления; б - процесс штабелирования
разрыхленной массы
Подробно этим вопросом занимался И.И. Кандауров [7], который предложил формулу для расчета деформации слоя безраспорного зернистого основания ограниченной мощности от линейной нагрузки (рис.4):
со
2 Р
а ■ /?!
2-Л!
2-к
а
---X'
2
1-Ф
Л
у1К
(14)
Р
%к етю тага
Рис.4. Расчетная схема к определению осадки безраспорного технологического слоя ограниченной мощности от линейной нагрузки,
формируемой БРА
В рамках теории расчета движения гусеничных машин получим систему уравнений, выражающих зависимость коэффициента зацепления от мощности отсыпаемого технологического подготовительного слоя:
V-
2-Я
п
т + к-Ь
+ //;
к
г-ь-э-
и =
Л+ 0,41-^5-(50-5) 2-Р ^
£ ' V 2
а-Н
к
4 2.6-1'
(15)
Подставляя в систему уравнений (15) значения экспериментально полученных данных просадки гусениц на щебеночном основании разной мощности, получаем значения коэффициента зацепления ходового механизма с поверхностью карбонатного массива для нахождения оптимального значения мощности слоя, при котором коэффициент зацепления принимает максимальное значение [3].
Используя расчетный аппарат (формулы (1) - (15)) и экспериментальные данные, были построены графики зависимости глубины рыхления от прочностных свойств рыхлимых пород и от коэффициента зацепления гусениц БРА с поверхностью карбонатного массива (рис. 5, 6).
Рис. 5. Графики зависимости глубины рыхления карбонатного массива от предела прочности пород при одноосном сжатии и коэффициента зацепления ходового механизма с поверхностью забоя
Рис. 6. Графики зависимости коэффициента сцепления от мощности подсыпаемого слоя и тягового класса БРА
Результаты опытно-промышленного эксперимента в условиях Па-довского карьера по разработке месторождения известняков (Самарский регион) подтвердил, что предлагаемый способ повышения производительности БРА достаточно эффективен.
Список литературы
1. Шлайн И.Б. Разработка месторождений карбонатных пород М.: Недра, 1968. 293 с.
2. Чирков А.С. Добыча и переработка строительных горных пород: учебник для вузов. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2001. 623 с.
3. Азовцев С.Н., Гайдуков Э.Э., Суровов А.Н. О классификации массивов карбонатных пород по блочности // Сб. трудов ВНИПИИстром-сырьё1980. Вып. 28. С. 3-8.
4. Бронников Д.М., Змесов Н.Ф. Влияние естественной нарушенно-сти массива на качество дробления руды // Бюллетень цветной металлургии, №13, (138), 1959.
5. Открытые горные работы: справочник / К.Н. Трубецкой [и др.]. М.: Горное бюро, 1994. 590 с.
6. Войцеховский Р.И., Гулиа Н.В., Федоров Д.Н. Экспериментальное исследование процесса заглубления рабочих органов в грунт // Строительные и дорожные машины. 1965. №3. С. 3-9.
7. Кандауров И.И. Механика зернистых сред и ее применение в строительстве. 2-е изд., испр. и перераб. Л.: Стройиздат, 1988. 280 с.
V. Safronov, V. Safronov, A.Sidorkov
METHOD OF IMPROVING PRODUCTIVITY BULLDOZER- RIPPER
AGGREGATE
The causes of low productivity dozer-ripping machines (ARB) on the basis of tractors over 500 hp are proposed. The methodfor improving performance ARB was considered.
Key words: bulldozer- ripper aggregate, tractor power, performance, loosening, method.
Получено 10.05.12
УДК 624.19
Т.К. Чурадзе, д-р техн. наук, зав. кафедрой, (932) 52-05-54, tchuradze@mail.т (Грузия, Тбилиси, ГТУ), Н.Х. Руруа, канд. техн. наук, (932) 22-53-00, [email protected] (Грузия, Тбилиси, ГТУ),
М.Э. Мойсцрапишвили, канд. техн. наук, (932) 52-35-09, [email protected] (Грузия, Тбилиси, ГТУ),
М.С Тананашвили, инж., (932) 36-54-00, [email protected] (Грузия, Тбилиси, ГТУ)
РАСЧЕТ МОНОЛИТНЫХ БЕТОННЫХ ОБДЕЛОК КРУГОВОГО ОЧЕРТАНИЯ С УЧЕТОМ ТЕХНОЛОГИИ СООРУЖЕНИЯ
Рассмотрена инженерная методика расчета для случая совместной работы системы ««массив-обделка» в упругой модели в режиме взаимовлияющей деформации. Она дает возможность учесть объемность задачи и технологию сооружения тоннеля.
Ключевые слова: упругая модель, функция влияния забоя, технология сооружения.
При сооружении тоннелей выбор и обоснование типа и конструкции крепи являются одними из ключевых вопросов, тесно связанных с технологией сооружения тоннеля.
В настоящее время технология сооружения монолитных бетонных обделок перегонных тоннелей метрополитенов глубокого заложения, проходимых в скальных и полускальных породах, получила большое развитие. Появились такие новые виды бетонных обделок, как пресс-бетон и на-брызг-бетон. Они обеспечивают плотный и надежный контакт с массивом горных пород сразу после сооружения. Технология прессбетона гарантирует также обеспечение строго фиксированного расстояния от забоя до места возведения обделки.
Однако методы расчета монолитных бетонных обделок перегонных тоннелей метрополитена нередко базируются на заданные нагрузки, определяемые согласно СНиП на основании теории М. М. Протодьяконова, разработанной в начале прошлого века.
