ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ПОДГОТОВКИ ГОРНОЙ МАССЫ ВЗРЫВОМ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭКСПЛУАТАЦИИ КАРЬЕРНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

THE IMPACT OF THE QUALITY OF PREPARATION OF ROCK MASS BY EXPLOSION ON THE EFFICIENCY OF OPERATION OF QUARRY EXCAVATORS

Vladimir Kolpakov

 student, Department of Mechanical Engineering, St. Petersburg Mining University of Empress Catherine II,

Russia, St. Petersburg

Daniil Shibanov

scientific supervisor, Ph.D. tech. sciences, St. Petersburg Mining University of Empress Catherine II,

Russia, St. Petersburg

АННОТАЦИЯ

В статье проводится анализ влияния факторов эксплуатации на эффективность эксплуатации карьерного экскаватора. Особое внимание уделяется качеству подготовки забоя и горной массы, которое является наиболее существенным фактором, отрицательно влияющим на расходование ресурса экскаватор. Забой экскаватора должен быть подготовлены таким образом, чтобы удовлетворять оптимальным требованиям по средневзвешенному гранулометрическому составу и проценту выхода негабарита.

ABSTRACT

The article analyzes the influence of operational factors on the efficiency of operation of a quarry excavator. Special attention is paid to the quality of preparation of the face and rock mass, which is the most significant factor negatively affecting the resource consumption of the excavator. The face of the excavator must be prepared in such a way as to meet the optimal requirements for the weighted average granulometric composition and the percentage of oversized yield.

Ключевые слова: карьерный экскаватор; эксплуатация карьерного экскаватора; повышение эффективности.

Keywords: quarry excavator; operation of a quarry excavator; increasing efficiency.

В процессе эксплуатации на нагруженность рабочего оборудования карьерного экскаватора и, как следствие на интенсивность расходования его ресурса, влияют ряд внешних и внутренних факторов эксплуатации: горно-геологические и горнотехнические факторы; климатические факторы; качество подготовки забоя и горной массы; квалификация машиниста; техническое состояние экскаватора; организация ведения горных работ [5].

На железорудных карьерах России, наиболее существенным фактором, негативно влияющим на расходование ресурса ЭКГ, является качество подготовки забоя и горной массы. При подготовке руды и скальной вскрыши, для дальнейшей экскавации и транспортировки необходимо сформировать определенный объем горной массы (экскаваторный блок) для дальнейшего его разрушения посредством проведения буровзрывных работ. На выходе требуется получить разрушенную горную массу, удовлетворяющую определенным, оптимальным требованиям по окончательному гранулометрическому составу для каждого конкретного типа экскаватора. На это влияют физико-механические свойства породы – трещиноватость, слоистость, прочность, твердость, необходимая энергия для разрушения. Согласно инструкции по эксплуатации экскаваторов средневзвешенный размер куска горной массы должен быть не более 300мм и выход негабарита не более 2%. При таком подходе обеспечиваются номинальные условия для экскавации, что позволяет скорректировать процесс выемки в целом [3, 6].

Так как буровзрывные работы являются одной из основных и весомых по себестоимости конечного продукта горного предприятия, то зачастую проблему снижения операционных издержек предприятия пытаются решить за счет экономии на БВР, тем самым уменьшая качество гранулометрического состава по выходу, вместо логичной оптимизации процесса выемки.

Номинальными условиями эксплуатации карьерных экскаваторов считаются – III категория по сложности экскавации, плотность – 2,0 т/м³, и средневзвешенный размер куска – 300мм. Данные показатели применяются для всех типоразмеров экскаваторов, независимо от вместимости их ковша. Принципиальное отличие для ковшей разного объема будет в максимальном размере допустимого негабарита, которых не должно быть более 2% по объему забоя. Так предельный размер негабарита определяется как 2/3 максимального зева ковша экскаватора.

Таблица 1.

Соответствие параметров горной массы и ковшей экскаваторов.

Проведено экспериментальное исследование на базе тренажера, предназначенного для обучения машинистов тяжелых карьерных гусеничных экскаваторов ЭКГ-18Р.   В исследовании приведена зависимость по изменению интенсивности процессов привода подъема карьерного экскаватора при разработке железорудного забоя с различным средним гранулометрическим составом [1].

В результате эксперимента сняты мгновенные значения тока и напряжения на всех главных приводах машины: подъем, напор, поворот для кусков размером от 0,1 м до 0,5 м с шагом 0,1 м.

На рисунке 1 изображена приведенная осциллограмма мгновенных значений тока привода подъема при полной загрузки экскаватором ЭКГ-18Р автосамосвала грузоподъемностью до 220 т. Каждый следующий цикл при погрузке приведен к общей точке – начало копания. Таким образом, для экскавации горной массы с размером куска от 0,1 м до 0,5 м графически представлено отклонение параметров каждого цикла погрузки по характеру и уровню нагрузки приводов.

Рисунок 1. Приведенная осциллограмма мгновенных значений тока привода подъема

Для более наглядного примера на рисунке 2 приведено сравнение показательных циклов относительно базового (0,2м) для каждого размера куска.

Рисунок 2. Сравнение экскавации при средневзвешенном размере куска

а) 0,1м и 0,2м б) 0,2м и 0,3м, в) 0,4м и 0,2м г) 0,5м и 0,2м.

С ростом размера куска наблюдается увеличение времени цикла экскавации в зависимости от гранулометрического состава горной массы. В процентном соотношение данная зависимость выглядит следующим образом:

• При изменении от 0,2м к 0,1м время цикла уменьшается на 2,4%.
• При изменении от 0,2м к 0,3м время цикла увеличивается на 5,6%.
• При изменении от 0,2м к 0,4м время цикла увеличивается на 13,3%.
• При изменении от 0,2м к 0,5м время цикла увеличивается на 20,7%.

Увеличение времени цикла приводит к уменьшению производительности экскаватора, и как следствие горного предприятия в целом. Так как в среднем экскаватор за время смену производит от 300 до 500 циклов погрузки, даже незначительное уменьшение времени цикла увеличивает эффективность эксплуатации. Так же работа в условиях, оптимальных для заданного объема ковша экскаватора может значительно уменьшить нагрузки, а значит оптимально расходовать его ресурс.

Увеличение размера куска ведет к росту нагрузок и динамических процессов как на приводе, так и на рабочем оборудование экскаватора и основных несущих металлоконструкциях машины. Что приводит к повышению напряжений в металлоконструкциях и сварных швах и развитию в них деградационных процессов. В свою очередь такие нагрузки в значительной степени уменьшают как ресурс экскаватора, так и требуют интенсификации проведения ТОиР, что влечет за собой дополнительные простои и финансовые издержки, а также увеличивает вероятность возникновения аварийных отказов [2, 4].

Техническое обслуживание и ремонт – единственный фактор эксплуатации способный оказать позитивный эффект на интенсивность деградационных процессов, т.к. направлена на поддержание работоспособного состояния экскаваторного парка. В тоже время низкий уровень организации ТОиР, низкая квалификация персонала ремонтной службы, неудовлетварительное качество запасных частей может оказать и негативный эффект, тем самых усугубить влияние качества подготовки забоя и горной массы на расходование ресурса машины.

Качество подготовки горной массы оказывает влияние как на производительность, так и на интенсификацию работ по ТОиР, что ведет к прогрессивному характеру изменения эффективности эксплуатации экскаватора в целом. Таким образом, эффективность эксплуатации экскаваторов можно оценить не только по их производительности, а по отношению производительности к затратам на ТОиР для поддержания их работоспособности.

В качестве вывода можно отметить, что данный подход к оценке эффективности эксплуатации имеет перспективу, и уже на начальном этапе показывает, что с увеличением средневзвешенного размера куска породы производительность снижается, а интенсивность расходования ресурса экскаватора увеличивается. Однако, для определения конкретной зависимости требуется более глубокое изучение проблемы и возможно, большее количество серий опытов.

Список литературы:

1. Shibanov D. A., Ivanov S. L. , Shishkin P. V. Digital technologies in modeling and design of mining excavators / Journal of Physics: Conference Series, № 1753, V 1753, 2021. С 1 - 6.
2. Shibanov D. A. Ivanov S. L., Safronchuk K. A., Knyazkina V. I. Adapting standard maintenance approaches for mining excavators to actual operating condition IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. №966. pp. 1-7. https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-85097074629&origin=resultslist
3. Bolobov, V. I. Comparative Wear Resistance of Existing and Prospective Materials of Fast-Wearing Elements of Mining Equipment/ V. I. Bolobov, S. A. 134 Chupin, E. V. Akhmerov, V.A. Plaschinskiy// Materials Science Forum. - 2021. Issue 1040. pp. 117–123.
4. Gorlov I. V., Ivanov S. L. , Knyazkina V. I., Ikapuv D. R. Device for integrated diagnostics of mining machines triboelements / E3S Web of Conferences, № 326, 2021. pp. 1 – 5
5. Shibanov D. A., Ivanov S. L. , Yemelyanov A. A., Pumpur E. V. Evaluation of working efficiency of open pit shovels in real operating conditions / Mining Informational and Analytical Bulletin,, № 2020, Т 10, 2020. С 86 - 94
6. Velikanov, V. S. Mining excavator working equipment load forecasting according to a fuzzy-logistic model / V. S. Velikanov // Journal of Mining Institute. – 2020. – Vol. 241. – P. 29-36. – DOI 10.31897/PMI.2020.1.29. – EDN ZFVSKT.