Обоснование технологических параметров и области применения экскаваторов с ковшом активного действия

Актуальность проблемы. Внедрение безвзрывных технологий в настоящее время является одним из приоритетных направлений повышения эффективности открытых горных работ. Помимо сокращения затрат такие технологии обеспечивают значительное повышение качества и полноты выемки минерального сырья, уменьшают негативное влияние горных работ на окружающую среду.

Развитие безвзрывных технологий неразрывно связано с созданием специальной техники. Большое разнообразие горно-геологических и горнотехнических условий эксплуатации карьеров предопределило создание и внедрение различных типов экскавационных машин.

В АО «Уралмаш» по техническому заданию ИГД СО РАН освоен промышленный выпуск экскаваторов ЭКГ-5 В с ковшом активного действия. Новый экскаватор хорошо зарекомендовал себя, при выполнении относительно небольших объемов горных работ, однако для широкого применения его в горнодобывающих отраслях необходимо создать более мощную машину и определить область ее применения.

Существующие методы расчета параметров ковшей активного действия и процесса экскавации не учитывают важных особенностей конструкции и работы нового оборудования, а область его эффективного применения устанавливалась только для вскрышных работ без учета изменения параметров системы разработки и негативного влияния массовых взрывов на горные работы. Это предопределило научную и практическую направленность диссертационной работы.

Работа выполнена в соответствии с плановыми темами НИР Института горного дела СО РАН, по научному проекту Миннауки и Минтопэнерго РФ (№ 9 114 300 203) «Создание активных исполнительных органов карьерных экскаваторов для безвзрывной выемки угля и вскрышных пород на разрезах», ответственным исполнителем разделов которого был автор диссертации.

Цель работы — обоснование параметров экскаватора с ковшом активного действия вместимостью свыше 5 м³ и условий его эффективного применения с учетом энергетических, технологических, экологических и экономических факторов.

Основная идея работы — заключается в использовании закономерностей энергосиловых и эксплуатационных показателей экскаваторов с ковпкам активного действия для обоснования более мощной модели экскаватора такого типа и оценки эффективности выемки горных пород и полезных ископаемых из массива.

Задачи исследованияобоснование рациональной вместимости (свыше 5 м" 5) ковща активного действия и базовой модели экскаватора-мехлопаты;

— определение эксплуатационных показателей работы экскаваторов в зависимости от структурно-прочностных свойств пород в массиве;

— оценка качества и полноты выемки добываемого минерального сырья в различных горно-геологических условиях;

— установление области эффективного применения экскаваторов с ковшом активного действия (КАД) при разработке полезных ископаемых и обоснование границ санитарно-защитной зоны при замене вблизи населенных пунктов и промышленных сооружений технологии с буровзрывной подготовкой пород на безвзрывную.

Методы исследования. В работе использован комплексный метод исследования, включающий: научное обобщение и систематизацию, статистический анализ экспериментальных данных, математическое моделирование, графо-аналитический метод, технико-экономический анализ, испытания экскаваторов с ковшом активного действия.

Научные положения, выносимые на защиту:

— критерием оценки энерговооруженности экскаваторных ковшей активного действия является отношение суммарной мощности приводов ударных зубьев к произведению вместимости ковша на показатель рациональной степени дробления породы;

— при современном уровне мощностей применяемых ударных машин эффективная безвзрывная выемка пород из массива экскаваторами-мехлопатами с КАД ограничивается по критерию суммарных удельных энергозатрат породами прочностью на сжатие 70 — 80 МПа;

— повышение качества и полноты выемки полезных ископаемых при применении экскаваторов с КАД в сравнении с экскаваторами обычного исполнения обеспечивается за счет уменьшения перемешивания полезного ископаемого с вмещающими породами, снижения переизмельчения добываемого сырья, используемого в природном состоянии, и повреждения кристаллов ценных минералов, ограничения воздействия на природные физико-химические процессы (окисление и самовозгорание), а так же вовлечения в отработку законсервированных запасов в зонах влияния взрывных работ.

— эффективность применения экскаваторов с КАД на добыче минерального сырья, помимо снижения затрат на основные технологические процессы, определяется доходом от дополнительной продукции, получаемой при замене традиционной технологии на безвзрывную.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается использованием в исследованиях апробированных методик и аппаратуры, обеспечивающих получение результатов с заданным уровнем точности, проведением достаточного объема экспериментальных исследований работы экскаваторов с ковшом активного действия в разнообразных горнотехнических условиях, удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— предложен критерий оценки энерговооруженности экскаваторных ковшей активного действия, который увязывает геометрические размеры ковша и энергетические параметры ударных устройств;

— установлены зависимости энергосиловых и эксплуатационных показателей экскаваторов от структурно — прочностных свойств пород в массиве;

— предложен метод расчета энергоемкости безвзрывной разработки массива пород в основу которого положены установленные зависимо<�сги изменения удельных энергозатрат экскаватора с ковшом активного действия;

— разработана математическая модель взаимодействия экскавато1 $й-мехлопаты с породоугольным забоем, позволяющая определить потери и разубоживание угля, а также контуры выемки с допустимым разубоживаниеми.

— с учетом энергетических, технологических, экологических и экономических факторов обоснованы области эффективного применения безвзрывной технологии с использованием экскаваторов, оснащенных ковняам активного действия.

Практическая ценность работы. Предложенный критерий оценяш энергетических параметров ковшей активного действия позволяет выработать требования к конструктивно-техническим решениям при создании нового рабочего оборудования. Установленные зависимости удельных энергозатрат по технологическому процессу и производительности экскаваторов от структурно-прочностных свойств пород, разработанные методические положения по определению потерь и разубоживания полезных ископаемых, а также санитарно-защитной зоны, позволяют оценить влияние конкретных условий производства на эффективность применения безвзрывной технологии с использованием экскаваторов с КАД.

Личный вклад автора состоит в проведении промышленных испытаний экскаваторов с ковшом активного действия вместимостью 5 м³ в различных горно-геологических условиях на шести предприятияхстатистическом анализе полученных данных и, на основе результатов анализа, установлении эксплуатационных показателей экскаватора с новым рабочим оборудованием в зависимости от структурно-прочностных свойств пород в массивев разработке нового критерия энерговооруженности экскаваторных ковшей активного действия различной вместимости и обосновании базовой модели для экскаватора с ковшом активного действия вместимостью 10 — 12 м3- в разработке методических положений моделирования процесса взаимодействия активного ковша с породоугольным забоемв установлении области применения безвзрывной технологии на базе нового экскаватора. При участии автора разработано и внедрено в практику проектирования методическое руководство по обоснованию параметров экскавации при разработке скальных и полускальных пород экскаваторами-мехлопатами с активным ковшом и рекомендации по определению санитарно-защитной зоны при безвзрывной технологии.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты исследований использованы при разработке ТЗ на создание АО «Уралмаш» экскаватора ЭКГ-5 В и разработке рабочего оборудования с КАД для экскаватора ЭКГ-12. Рекомендации по определению производительности экскаваторов с КАД и размеров санитарно-защитной зоны при отработке законсервированных запасов используются в проектной практике.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы и отдельные ее положения докладывались на Всесоюзном семинаре в ИГД ЯФ СОАН СССР «Проблемы разработки ресурсосберегающих технологий отработки месторождений полезных ископаемых Севера» (г.Якутск, 1988 г.): на научно-технической конференции в Средазнипроцветмете «Пути повышения комплексности использования рудного сырья и технологических показателей обогащения с применением экологически чистых материалов» (г. Ташкент. 1989 г.) — на международном симпозиуме по проблемам открытой разработки глубоких карьеров (г. Мирный, 1991 г.) — II Международной конференции по открытым горным работам (г. Москва, 1996 г.) — Международной конференции «Проблемы разработки месторождений глубокими карьерами» (г. Челябинск, 1996 г.) — Международной конференции «Проблемы геотехнологии и недроведения» (г. Екатеринбург, 1998 г.) — П Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах» (г. Кемерово, 1998 г.) — Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы угледобывающей отрасли в регионе при переходе к устойчивому развитию» (г. Кемерово, 1999 г), в институтах ИГД им. А. А. Скочинского, ВНИПИгорцветмет, НИИОГР, на технических совещаниях АО концерн «Кузбассразрезуголь», НТГАГ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе одна монография.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения изложенных на 155 страницах, содержит 26 рисунков, 31 таблицу, список литературы из 109 наименований на страницах 146−155.

Выводы.

1. Применение безвзрывной технологии с использованием экскаваторов с КАД приводит к уменьшению основных параметров элементов системы разработки — высоты уступа и ширины рабочей площадки, что в целом негативно сказывается на величине угла откоса рабочего борта карьера в сравнении с таковым при традиционной технологии разработки вскрышной зоны. Использование таких экскаваторов при селективной разработке сложноструктурных крутопадающих залежей позволяет упростить технологию и существенно уменьшить потери и разубоживаниесвести к минимуму перемешивание горной массы в процессе выемки за счет исключения её существенных обрушенийснизить переизмельчение сырья при добычеограничить воздействие природных физикохимических процессов (окисление, самовозгорание). При этом режим горных работ по сравнению с традиционной технологией не ухудшается.

2. Выполненные, с использованием математической модели выемки пластов, расчеты показали, что селективная отработка экскаваторами с КАД эффективна при выемке подуступами со стороны висячего бока в диапазоне углов падения: а = 45−65° (ЭКГ-5В) и, а = 48−78° (ЭКГ-12В), селективно-валовая — при, а > 50° (ЭКГ-5 В, ЭКГ-12В).

3. При взрывной подготовке крутопадающих рудных тел с четкими контурами и селективной разработке экскаваторами с новым рабочим оборудованием количество теряемой руды и разубоживающих пород при угле падения, а > 65° уменьшается до 30 — 60% по сравнению с базовым оборудованием.

4. Расчеты послойного разрушения кимберлитовых руд ударными зубьями ковша экскаватора показали, что замена традиционной технологии на безвзрывную позволит снизить удельный объем повреждаемости кристаллов алмазов с 3,2 — 10% до 2%. Экспериментально, в.

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЭКСКАВАТОРОВ С КОВШОМ АКТИВНОГО ДЕЙСТВИЯ.

Для оценки нового оборудования и технологических схем применяют энергетический [73, 91] и экономические критерии, [106]. В современных условиях окончательным критерием эффективности открытых разработок являются не экономические последствия, а экологическая обстановка, [107].

По первому критерию рациональные границы применения экскаваторов с КАД при безвзрывной разработке пород определены в п. 3.4. В настоящем разделе излагаются методические особенности определения экономической эффективности применения экскаваторов с КАД и примеры ее расчета для различных условий.

5.1, Методика расчета экономической эффективности.

Экономический эффект от применения экскаваторов с КАД в общем случае слагается из прямого Эг снижения приведенных затрат и косвенного (дополнительного) эффекта Эк (от повышения качества и снижения потерь добываемого полезного ископаемого, улучшения экологической обстановки, вовлечения в отработку законсервированных запасов и др.).

Э = Эг + Эк (5.1).

Для сравнения экономической эффективности вариантов безвзрывной разработки экскаваторами с КАД (новый вариант) и выемочно-погрузочных работ экскаваторами с обычным ковшом после взрывной подготовки пород в качестве основных критериев принимаются следующие показатели: себестоимость выемки и погрузки единицы горной массыгодовой экономический эффект, по приведенным затратамдополнительный эффектчистый дисконтированный, приведенный доход (МРУ). Годовой экономический эффект по приведенным затратам определяется по формуле.

Эг = [(С1-С2) + Ен ¦(к]-к2)ув, млн.руб. (5.2) где Су, С2 — эксплуатационные расходы при использовании базовой и новой технологии, руб/м3- к/, к2 — удельные капитальные затраты при использовании базовой и новой технологий, руб/м3- Ен — нормативный коэффициент эффективностиУв — годовой объем горной массы, м3.

Капитальные затраты на оборудование по варианту технологии: п.

К, =? щ •//,, млн. руб, (5.3) 1 где п, — число единиц /-го оборудованияЦ, — стоимость единицы оборудования, млн.руб.

Эксплуатационные годовые расходы устанавливаются по формулам: а) на экскаваторы обычного исполнения.

Эо = (Эпост+Эпер-Пмч + ЭперЧ-Пт)-Пи МЛН. руб, (5.4) где ЭПост ~ постоянные эксплуатационные затраты, тыс. рубЭпер, ЭперКЧ — переменные эксплуатационные затраты на 1 машино-час и на 1 календарный час, тыс. рубпмч, пкч — годовое количество машино-часов и календарных часов работы соответственно, маш/час, часп, — количество /-го оборудованияб) на буровые станки.

Эб ~ (Эпост^Эпе/уПмч + ЭПер «Мкч^пмУ Пбс, млн. руб, (5.6) где Эш — эксплуатационные расходы на 100 пог. м бурения, тыс.руб. в) на автотранспорт.

ЭА = (Эперпр+ Эпер-Пмч + экчпкч)-пА, млн. руб, (5.7) где ЭперПР — годовые переменные затраты на пробег автомашины, тыс. рубг) на экскаваторы с ковшом активного действия.

ЭАД=(Э0 + ЭД)-ПЪ (5.8) где Эд — дополнительные эксплуатационные затраты, относительно базового экскаватора, млн.руб.

При работе экскаватора с КАД увеличиваются расходы на текущий ремонт и обслуживание экскаватора {аэк), пневмомолоты (ап), ударные зубья (а3), электроэнергию (аэл) и амортизацию (алм).

Эд = аж + а&bdquo- + а3 + аэя + а, ш, руб. (5.9).

Дополнительные расходы на текущий ремонт экскаватора и обслуживание принимаются в размере 3,5% от разности в стоимости машины =0,035-(Дэн/бэя ~ ЦэБ I ЯэБ) ' ЯэБ 'РУб (5−10).

Расходы на пневмомолоты ап и ударные зубья а3 определяются на основе их моторесурса по данным практики отработки объемов горной массы одним комплектом: ап=Цп-Оэн/Уп, руб: а3 = Ц3-()эи/Г3, руб (5.11) где Цп, Цз ~ стоимость комплекта пневмомолотов и зубьев соответственно, рубУП) Уз — объем горной массы, отрабатываемый одним комплектом пневмомолотов и зубьев, м3- годовая производительность экскаватора с КАД, м3.

Изменяющиеся расходы на электроэнергию определяются, в основном, количеством электроэнергии, потребляемой компрессорной установкой аэп = Ж-Сэл-Мсм-Тч, руб (5.12) где IV — мощность двигателя компрессора, кВтСэл — стоимость 1 квт. ч, руб- 1гСм — количество смен работы экскаватора в годуТч — время работы электродвигателя компрессора с полной нагрузкой в течение смены, ч.

ТЧ=Х + 0,15-(Гси — 0, час, (5.13) где / - продолжительность работы компрессорной установки на полную мощность в течение смены, ч- 0,15 — коэффициент загрузки двигателя компрессора при работе его на холостом ходу (при отсутствии расхода сжатого воздуха) — Тсм — продолжительность смены, ч.

Дополнительные расходы на амортизационные отчисления аАМ = (Дэи /Ош — ЦэБ/0,Б)-(/Тэ+др/100)• Ож, руб (5.14).

Затраты на взрывные работы определяются следующим образом Эвр=Эвв+ЭД11ЛЭсв+Эп+Эвд = Ув-Я-Цвв+0,03-Эвв+1,05 •Эдш, млн. руб, (5.15) где ЭВв, Эдш, Эсв, Э33, ЭВд — затраты соответственно на ВВ, детонирующий шнур, средства взрывания, заряжание-забойку, вторичное дробление.

Эффект АЭ (от изменения объема и качества каждого вида конечной продукции при внедрении экскаваторов с КАД определяется по формуле.

АЭ{ - Ю? + АЭ^, (5.16) где АЭ'/, АЭ/ - прирост стоимости продукции от изменения соответственно объема и качества каждого вида конечной продукции определяемые по формулам:

АЭ?=(Р (Н-Р (Б)-Ц ((5.17).

А эЮ = (Цн.г1-ЦБ^).Ъ, (5,18) где Рш, РгБ — объемы добычи в ¿—ом году при новом и базовом вариантеЦ, -цена 1 т угля при зольности /-ого года, руб/тЦ^. (, ЦБ. (- оптовая цена 1 т добытого полезного ископаемого /-го пласта (рудного тела) в расчетном ¿—ом году при новом и базовом варианте.

Эффект за счет снижения разубоживания полезного ископаемого при переработке на обогатительной фабрике определяется из выражения.

АЭ (р = (УБ-УнУУр-уп, руб (5,19) где Vв, Унобъемы пустых пород идущих наразубоживание при экскаваторе с обычным и новым ковшом, м": уп — масса породы, т/ м — Ур — ущерб от 1 т разубоживающей породы Ур = АСТр + Спер + Ср, руб, где АСТр — разница затрат на транспортировку 1 т породы от забоя до обогатительной фабрики и транспортировку ее от забоя до отвала, рубСпер — себестоимость переработки 1 т исходного сырья, рубСр — убытки, вызванные разубоживанием вследствие снижения коэффициента извлечения, руб.

Эффект при применении безвзрывной разработки экскаватором с КАД от прироста прибыли или дохода может рассчитываться как для отрабатываемого блока, участка, так и на сопряженных объектах и предприятии в целом, где проявляется непосредственное влияние оцениваемой техники и технологии. Так, например, удельная валовая прибыль (на 1 т запасов), согласно [6], может быть определена по формуле:

I I у.

— (Сс + СТ0-ь0)-и0 + (Соб + сп • А + (1 -• суз • ?3) ¦¦ ^^.

-(Ст2-Ь2+Сотвк0), руб/т (5.20) где и о — количество угля, извлекаемого без присечки породы, доли ед.- у0, /] -плотность угля и породы, т/м3- кв — коэффициент вскрыши по разрезу на 1 м3/тк] - доля породы, подвергаемая взрывному дроблению, доли ед.- - выход /го класса после сортировки необогащенного угля, %- В, — выход г'-го класса после обогащения разубоженного угля, %- - цена угля /-го класса, руб/тЬа, Ь}, 1,2, Ьз — дальность транспортировки до угольного склада, обогатительной фабрики, породного отвала и отвала отходов обогащенияС0, С/, С2, Сзсоответствующие себестоимости транспортирования, руб/т.кмСбвр, Сэ, Сотвстоимость БВР, экскавации и отвалообразования, руб/м°- С0б, Сс — себестоимость обогащения и сортировки, руб/т. Приведенная формула является общей для сравниваемых технологий и способов выемки пластов. При этом необходимо учитывать, что при безвзрывной разработке затраты Сбвр= 0.

В настоящее время при оценке инвестиционных проектов все более широкое применение находит метод [106], который предусматривает расчет дохода путем приведения величины будущей прибыли к настоящему моменту по сложным процентам. Этот метод основан на определении и анализе потока денежных средств за определенный период времени оцениваемого варианта технического решения.

Под чистым дисконтированным доходом ЬЛРУ понимается разница между суммой денежных поступлений, порождаемых реализацией инвестиционного проекта и суммой всех затрат, необходимых для реализации этого проекта, дисконтированных на один момент времени. При положительном значении ИРУ проект приемлем для инвестирования. Величина МРУ определяется по формуле.

2 Щ.

ЫРУ=у?е/'/(1 + дУ*П1 +, млн. руб (5.21) у=1 /=! где к (- инвестиционные расходы в период / (?=/,.,#/), млн. рубЕ^ - доход в период), (/М,.,^), млн.руб.- п — продолжительность вложений инвестиций, летП2 — продолжительность периода отдачи от инвестиций, летд — ставка дисконта, доли ед.

Анализ эффективности инвестиций производится с помощью показателей: рентабельность, срок окупаемости и внутренняя ставка доходности.

5.2. Целесообразные условия применения экскаваторов с ковшом активного действия.

Применение экскаваторов с КАД позволяет в определенных условиях устранить буровзрывные работы из технологического процесса. С другой стороны размещение дополнительного оборудования на базовой машине увеличивает цену экскаватора и расходы на экскавацию. Снижение производительности экскаватора с КАД приведет к увеличению продолжительности погрузки транспортных средств, и в конечном итоге, к увеличению стоимости транспортирования горной массы. Стоимость отвалообразования, как известно, не зависит от работы экскавационной машины. Следовательно, затраты на разработку 1 м горной массы можно записать в виде: для экскаватора с КАД Спрм = Сэн + Стн (5−22) для экскаватора с обычным ковшом Спр, Е = Сбир + Сэб + Стб (5.23) где Сэн, Сэб ~ затраты на выемочно-погрузочные работы экскаватором с КАД и с обычным ковшом, руб/м3- СБы> - затраты на буровзрывные работы, руб/м3- СТн, СТб ~ затраты на транспортировку горной массы при работе нового и л базового экскаватора, руб/м .

Вопрос об экономической целесообразности применения экскаваторов с КАД в конкретных условиях должен решаться при условии выполнения неравенства: Сэн + Стн ^ СБВР + СЭБ + СТЕ (5.24) Затраты на экскавацию Сэи можно представить в виде:

Сэн=т-СГэБ!(кс-(2ГэБ) (5.25) г где Сэ/— годовые приведенные затраты при работе экскаватора с обычным ковшомт — коэффициент увеличения годовых приведенных затрат на экскаватор с КАД — кс — коэффициент снижения производительности экскаватора с КАД при разработке массива пород относительно базовой машины при работе во взорг ванном забое- ()эБ ~ годовая производительность экскаватора с обычным ковшом, м3.

Подставив (5.25) в (5.24) и решив неравенство относительно кс получим т-Сог кс > ———5 (5 26).

2ЭБ «(СБВР +СЭБ)+0эБ -(СТБСтн).

Величина коэффициента т определяется из соотношения.

С-э/?+ЛСо// А Со// т = —= + (5.27).

СЭБ ЭБ.

С учетом (5.27) выражение (5.26) примет вид.

СэбИ^) кс — СБВР +СЭБ + АСТН ' (5−28).

СЭБ.

77/ ' где АСтн — разница в стоимости транспортирования 1 м³ горной массы при работе экскаватора с КАД относительно экскаватора с обычным ковшом, руб/м .

Из (5.28) следует, что эффективность применения экскаватора с КАД определяется в основном соотношением дополнительных эксплуатационных расходов на его работу и затратами на буровзрывные работы при базовой технологии.

На основе сравнения значения кс определенного по (5.28) с техническим аналогом (табл.3.7) определяется целесообразность безвзрывной разработки экскаватором с КАД из условия кс < к^ .

Опыт работы экскаватора ЭКГ-5 В показал, что затраты на его эксплуатацию выше, чем базовой машины ЭКГ-5А на 30 — 40%, т. е. т = 1,3 ч- 1,4. Соотношение стоимостных затрат по технологическим процессам в условиях рыночных отношений изменяется непропорционально. Поэтому примем за базовые значения стоимостные показатели конца 80-х годов и обозначим через п показатель изменения соотношения затрат на БВР и последующие технологические процессы.

Стоимость буровзрывных работ, как известно [4], при прочих равных условиях зависит от высоты уступа (рис. 5.1) и сложности строения взрываемого блока [2, 95]. Из рис. 5.1. следует, что при отработке сложноструктурных блоков подуступами (с целью снижения потерь и разубоживания полезного ископаемого, см. п. 4.2, 4.3) стоимость буровзрывных работ возрастает в 1,4 — 1,6 раза. Если обозначить через / изменение соотношения затрат на БВР при отработке блока подуступами и уступами, то с учетом сказанного (5.26) примет вид.

К * СэБ ¦ (1 + АСЭЯ /СэБ)/(/?•/• СБВР + СэБ — АСТН), (5.29).

На основании вышеизложенного произведена оценка эффективности применения экскаваторов ЭКГ-5 В и ЭКГ-12 В. Размеры приведенных затрат по.

Сбвр.КОЛ.

10 б б 10 14 Н, м.

Рис. 5.1. Зависимость стоимости буровзрывной подготовки 1 м³ породы от высоты уступа (в ценах 80-х годов) 1 — легковзрываемые породы- 2, 3 — средневзрываемые;

1, 2 -Центральный Кузбасс- 3 — Алмалыкский ГМК. производственным процессам при разработке экскаваторами с обычным ковшом определены при стоимости основного технологического оборудования и показателях его использования во времени рекомендуемых «нормами технологического проектирования». Сравнительная оценка вариантов технологий выполнена при т = 1,4 и показателе изменения затрат на буровзрывные работы при отработке: уступами п= 1 и л =2, / =1 и подуступами, для ЭКГ-5 В / = 1,4- для ЭКГ-12 В / = 1,35. Результаты анализа (табл.5.1.) показывают, что при существующем соотношении затрат на технологические процессы и оборудование использование экскаваторов ЭКГ-5 В и ЭКГ-12 В ограничивается породами I и II категории по блочности (/< 6) при отработке вскрышных уступов и III категории при селективной отработке сложноструктурных блоков (/< 8).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе представлено решение актуальной научно-технической задачи — обоснования параметров мощного экскаватора с ковшом активного действия и условий его эффективного применения на карьерах, имеющей существенное значение для горнодобывающих отраслей.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. На основе опытно-промышленной эксплуатации и проведенных экспериментальных исследований установлены показатели рабочего процесса экскаватора с ковшом активного действия ЭКГ-5 В, которые явились основой для расчета параметров экскавации более мощных машин.

2. Определены зависимости эксплуатационных показателей экскаваторов с ковшом активного действия от структурно-прочностных свойств массива пород. Производительность таких экскаваторов, помимо прочности и трещиноватости разрабатываемого массива пород, в значительной мере определяется удельной энерговооруженностью ковша.

3. В качестве критерия энерговооруженности ковшей предложено использовать величину относительной мощности — отношение суммарной мощности привода ударных зубьев к произведению вместимости ковша на показатель рациональной степени дробления породы. По данному критерию, при современном уровне мощностей ударных машин, лучшей энергетической характеристикой обладает ковш вместимостью 10 — 12 м³. Помимо лучших энергетических параметров такая вместимость ковша рационально сочетается с автосамосвалами грузоподъемностью 80−110 т, широко применяемыми на карьерах.

4. По техническому уровню базовой моделью для создания в ближайшие годы перспективного экскаватора с расширенным диапазоном энергосиловых и кинематических возможностей является ЭКГ-12 АО «Уралмаш» .

5. Для прогнозной оценки энергоемкости разработки массива пород предложен метод расчета в основу которого положены установленные зависимости изменения удельных энергозатрат по процессам работы экскаватора с ковшом активного действия. Установлено, что безвзрывная разработка полускальных и скальных пород экскаваторами такого типа является реальной альтернативой традиционной технологии в диапазоне пород с пределом прочности на сжатие от 30 до 60−80 МПа.

6. Определены зависимости изменения уровня полноты и качества выемки руды и угля от горно-геологических условий при замене традиционной технологии на безвзрывную. По сравнению с взрывной подготовкой массива и выемкой механическими лопатами обычного исполнения безвзрывная отработка экскаваторами с ковшом активного действия позволяет уменьшить потери добываемого минерального сырья до 30 60% и разубоживание в 2−3 раза.

7. Применение экскаваторов ЭКГ-5 В и ЭКГ-12 В в сочетании с автотранспортом по себестоимости разработки целесообразно при выемке из массива пород прочностью до 60 МПа, а при селективной отработке сложноструктурных блоков — до 70−80 МПа. Исследованиями установлено, что наиболее эффективны новые экскаваторы при добыче минерального сырья, качество которого снижается при взрывном дроблении, отработке участков горной массы, склонной к окислению и самовозгоранию, а также при выемке законсервированных запасов в зонах влияния взрывных работ.

8. Доказано, что исключение комплекса буро-взрывных работ из технологических процессов позволит в 3−5 раз снизить размеры санитарно-защитной зоны, пересмотреть границы действующих карьеров там, где насыщенность инженерными сооружениями, близость населенных пунктов не позволяет вести горные работы с буро-взрывной подготовкой пород, и в результате получить значительный экономический эффект. Так, по данным института «Кузбасс! ипрошахт», снижение санитарно-защитной зоны с 500 м до.

100 м на участке Свободный разреза Бачатский позволит дополнительно извлечь 10 млн. т угля. Суммарный дисконтированный доход составит 207,7 млрд. руб (в ценах 1996 г). Отработка законсервированных запасов верхних горизонтов поля шахты им. Калинина, по данным института «Сибгипрошахт», обеспечит извлечение 2,6 млн. т угля. Чистая прибыль составит 1,5 млрд, руб. (в ценах 1995 г).

Рекомендации по определению производительности экскаваторов с КАД и размеров санитарно-защитной зоны использованы институтом «Гипроуголь» при проектировании участков открытых горных работ на верхних горизонтах шахтных полей в Прокопьевско-Киседевском районе.