Рогальський Б.С., Войтюк Ю.П. Контроль електроспоживання гірничих машин і технологічних властивостей гірських порід

Подождите немного. Документ загружается.

4. Побудова технологічних шкал буримості та екскавації гірських

порід і оцінювання якості масових вибухів

В основу шкал буримості покладені таблиці ЦБНТ [13], які призна-

чені для визначення категорій буримості порід в залежності від основного

часу буріння t

у виробничих умовах. Тому необхідною умовою побудови

такої шкали є наявність тісного кореляційного зв'язку між величинами ω

. Для його встановлення проводяться відповідні експериментальні

дослідження.

З метою побудови шкал буримості додатково були досліджені вибір-

ки по Полонському кар'єру. Результати досліджень наведені в табл.4.1.

Таблиця 4.1

Побудова рівнянь регресії залежності ω

від t

Кар'єр, породи Горизонт Буровий

станок

Рівняння регресії Коефіцієнт

кореляції

Полонський, граніти 180; 212,8; 227 СБШ-250 ω

=3,8t

+0,17 0,70

Те ж 180; 212,8; 227 СБШ-320 ω

=3t

+5,23 0,76

Те ж 309; 296 СБМК-5 ω

=0,02t

+0,17 0,64

За одержаними рівняннями регресії будуються технологічні шкали

буримості гірничих порід (табл.4.2). Для буріння використовувались до-

лота ОКП-243, QKIT-320 і коронки К-105.

В табл. 4.2 видно, що питома енергоємність буріння одних і тих же

порід менш потужними буровими станками СБШ-250 більша, ніж в

результаті буріння станком СБШ-320. Це зумовлено меншим питомим

осьовим навантаженням на забій свердловини і відсутністю регулювання

швидкості обертання бурового ставу (двигун обертача змінного струму).

При бурінні тріщинних і міцних порід і швидкості бурового ставу, яка не

змінюється, доводиться зменшувати осьове навантаження на долото

більше, ніж це було б необхідно за одночасного регулювання обох

режимних параметрів буріння. Зменшення осьового навантаження

призводить до збільшення часу буріння. Порівняння вибіркових середніх

під час буріння станками СБШ-320 (

ω =17,92 кВт·г/м,

t =4,23 хв. і

P =245,2 кВт) і СБШ-250 (

ω =18,56 кВт·г/м,

t =4,84 хв. і P =230,1 кВт)

підтверджує цей висновок. Буріння порід станками СБШ-250 здійснюється

при меншій потужності і більшій тривалості часу t

, ніж під час буріння

станками СБШ-320. Зменшення потужності складає 8,74%, а збільшення

часу буріння 14,42%, що і призводить до зростання питомої енергоємності.

Таблиця 4.2

Технологічні шкали буримості гірничих порід для станків

Полонського кар'єру

Категорія порід за

буримістю

Повна питома енергоємність буріння (розрахункова), кВт.г/м

СБШ-320 СБШ-250 СБМК-5

VII - - 0,241-0,250

VIII - 6,06-7,96 0,251-0,260

IX - 7,97-8,07 0,261-0,280

X - 8,08-10,77 0,281-0,320

XI - 10,78-11,42 0,321-0,364

XII 11,86-14,26 11,43-14,19 0,365-0,400

XIII 14,27-15,79 14,20-16,89 0,401-0,450

XIV 15,80-19,18 16,90-19,66 0,451-0,520

XV 19,19-19,69 19,67-25,10 0,521-0,560

XVI 19,70-23,44 25,11-28,02 0,561-0,630

XVII 23,45-24,55 28,03-34,83 0,631-0,690

XVIII 24,56-29,08 34,84-39,35 0,691-0,790

Побудова шкал буримості гірничих порід проводиться для кожного типу

бурових станків і бурового інструменту під час їх роботи на різних

добувних горизонтах [21]. Це вимагає виконання значного об'єму

обчислювальної роботи з обробки експериментальних вимірювань. Для

скорочення часу на побудову шкал буримості гірничих порід і підвищення

точності обчислень розроблений пакет програм обробки

експериментальних даних і побудови технологічних шкал буримості

гірничих порід на ПЕОМ, які записані на алгоритмічній мові високого

рівня ФОРТРАН і відтрансльовані у файл, який виконується, KABUR.EXE,

який може бути запущений на виконання на будь-якій ПЕОМ із

операційної системи типу MS-DOS, версія 3 (додаток В).

Технологічні шкали екскавації гірничих порід будуються для всіх

типів екскаваторів, які експлуатуються в кар'єрі, з врахуванням місткості

ковша. При цьому вимірювання повинні проводитись на всіх добувних і

розкривних горизонтах і охоплювати розпушені вибухом породи, м'яке і

скельне розкриття. Нижче, в табл.4.3, наведена технологічна шкала

екскавації гірничих порід для екскаватора ЕКГ-4,6 (місткість ковша 4,6 м

яка побудована в умовах Іванівського кар'єру.

Таблиця 4.3

Технологічна шкала екскавації гірничих порід для екскаватора ЕКГ-4,6

Характеристика гірничих порід Енергоємність

операції "черпання",

, кВт·г

Категорія порід за

складністю ек-

скавації

М'яке розкриття (при вийманні із масиву) <0,55 І

Скельне розкриття (розпушене вибухом) 0,56-0,65 II

Скельне розкриття (при вийманні із масиву) 0,66-0,75 III

Розпушений вибухом граніт (гірнича маса з

вмістом негабаритних кусків породи до 7%)

0,76-0,85 IV

Розпушений вибухом граніт з вмістом

негабаритних кусків породи більше 7%

>0,85 V

Перевагою запропонованої шкали порівняно з нині діючою шкалою

(табл. 1.2) є те, що вона більшою мірою враховує конкретні особливості

гірничих порід, вплив якості масового вибуху на операцію "черпання" і

можливість застосувати автоматичні пристрої для оперативного контролю

категорії гірничих порід за складністю екскавації. Шкали буримості і ек-

скавації після їх затвердження використовуються для планування, норму-

вання і контролю витрат матеріалів, енергії, зарплати, інструмента та ін.

При експлуатації родовища і нагромадження даних про властивості

гірничих порід шкали буримості і екскавації уточнюються.

В [24] зазначалось, що питома енергоємність екскавації породи,

розпушеної вибухом, значною мірою залежить від якості вибухових робіт

(тобто від вмісту негабаритних кусків породи в гірничій масі, які не

проходять в ківш екскаватора). На практиці цей фактор оцінюється

експертним шляхом при спостереженні за розвалом гірничої маси. Зро-

зуміло, що така оцінка є значною мірою суб'єктивною.

При погіршенні якості масового вибуху питома енергоємність екска-

вації зростає тому, що збільшуються витрати електроенергії і часу на

підготовку забою (вилучення із масиву гірничої маси негабаритних кусків і

їх відкидання, розбірка "заколів" і "козирків"). Запропоновано для

кількісної оцінки якості масового вибуху використовувати повну питому

енергоємність екскавації. Як приклад, нижче наведена технологічна шкала

оцінювання якості масового вибуху під час екскавації гірничої маси екска-

ватором ЕКГ-4,6 в умовах Іванівського родовища гранітів (табл. 4.4).

Таблиця 4.4

Технологічна шкала оцінки якості масового вибуху

Характеристика гірничих порід

Повна питома

енергоємність екскавації

гірничої маси ω

0.е

кВт·г/т

Якість

масового

вибуху

1. Розпушений вибухом граніт (гірнича маса) з

вмістом негабаритних кусків до 5% в

результаті нормального розвалу породи

0,120-0,175 Відмінна

2. Те ж, з вмістом негабаритних кусків 6-4-10%

в результаті нормального розвалу породи

0,176 – 230 Добра

3. Те ж, з вмістом негабаритних кусків 11-15%

при нормальному розвалі породи

0,231 – 0,285 Задовільна

4. Те ж, з вмістом негабаритних кусків >15% за

наявності "заколів" і "козирків" або за

значного розвалу породи по підошві уступу

> 0,285

Незадо-

вільна

Для побудови використано кореляційне рівняння [21]:

02,12,1

а.п

е.0

Т/годкВт013,0,t976,008,0 ⋅=δδ±+=ω (4.1)

де – питомі витрати електроенергії на екскавацію гірських порід

е.0

кВт·год/Т;

а.п

t – питоме середнє значення часу завантаження в транспортні

засоби 1 тони гірничої маси;

2,1

– середньоквадратична похибка,

кВт·год/Т.

Запропоновані способи вимірювання технологічних властивостей

гірничих порід і якості масових вибухів дозволяють одержувати необхідну

інформацію для нормування, планування і контролю всього комплексу

гірничих робіт і заходів по енергозбереженню. Методика і приклади вико-

ристання технологічних шкал буримості і екскавації гірничих порід наве-

дені в розділі 5.

5. Методика використання шкал буримості і екскавації

гірських порід

За наведеними вище шкалами буримості і величини ω

0.б

визначаються середні категорії буримості гірських порід для кожного

робочого горизонту, масиву, бурового станка.

Вихідними даними для планування є плани виробництва гірничої

маси і гірничих робіт з розбивкою по кварталах року та добувних

горизонтах, розподіл місць і об’ємів роботи серед бурових верстатів,

значення величини ω

для горизонтів, бурових верстатів і інструментів.

(додатки Г і Д)

Об’єм буріння в метрах по масиву (горизонту) визначається із

виразу:

г.о

мі.г

, (5.1)

де – план виробництва гірничої маси на і-му масиві (горизонті) в

цілику, м

; – середній вихід гірничої маси з одного метра свердловини

основного буріння, м

/м (величина визначається дослідним шляхом).

мі.г

г.о

Плани витрат матеріальних і енергетичних ресурсів на буріння

визначаються за формулою:

∑

⋅=

m,n

1j,1i

ijpij.0р

ПHН , (5.2)

де – питомі нормативні витрати ресурсів (електроенергії, ГСМ, ВМ,

ВВ, шарошок, коронок, штанг та ін.) під час буріння порід j-ї категорії і-м

буровим станком; – план буріння порід j-ї категорії і-м буровим

станком, м; n – число бурових станків; m – число категорій порід.

pij.0

В плануванні витрат електроенергії за величину Н

0.рij

беруться

математичні очікування повної питомої витрати електроенергії на буріння

одного метра свердловини для відповідних горизонтів, типів бурових

станків і інструментів. В плануванні витрат інших ресурсів

використовуються галузеві і місцеві норми.

Перевірка можливості виконання виробничої програми буровими

станками, які є в наявності (або тими, які проектуються) здійснюється з

врахуванням категорій порід і технічного стану бурових станків за

формулою:

∑

−

m,n

1j,1i

ріГ

Bij

ТТ

, (5.3)

де – необхідна кількість бурових станків; – норма

часу для і-го

станка при бурінні порід j-ї категорії, год./м; – річний фонд робочого

часу бурового станка, год.; – час находження і-го бурового станка в

ремонті, год.; n – число діючих (або планових) бурових станків.

Bij

рі

Річний фонд зарплати на буріння свердловин:

∑

m,n

1j,1i

ijpijдз

ПEКФ , (5.4)

де – розцінка на буріння свердловин і–ї категорії j–м буровим станком,

грн/м; – коефіцієнт, який враховує премії і оплату роботи в нічний час.

pij

Для великих обсягах буровибухових робіт доцільні розрахунки в

матричній формі. Це полегшує розробку програм розрахунків на ЕОМ.

Планова витрата відповідного виду ресурсу визначається за формулою:

nHnН

0tр

, (5.5)

де – матриця нормативних питомих витрат ресурсу: =

oij

i=1,j=m

(де

– норма витрати ресурсу для і-го бурового станка під час буріння

порід j-ої категорії, од. рес./м.); – транспонована матриця планової

продуктивності бурових станків: =

ij0

tij

i=n,j=m

(де – планова

виробка і-го бурового станка під час буріння порід j-ї категорії, м; -

одинична стовпцева матриця; – транспонована одинична стовпцева

матриця).

tij

Нижче наведені приклади використання шкали буримості для

планування гірничих робіт.

Контроль нормативних витрат здійснюється по закінченні

планового періоду (після обурювання масиву, закінчення місяця, кварталу,

року). За фактичною повною витраті уточнюються середні категорії порід

і відповідні їм планові витратою електроенергії, матеріалів, інструментів і

зарплати, які порівнюються з фактичними показниками. Одночасно

одержана інформація використовується для уточнення шкал буримості

гірничих порід.

Приклад 1.

Проводились буріння блоку технологічних свердловин на

добувному горизонті +212 Полонського родовища гранітів станком СБШ-

250 (долото 244,5мм). Пробурено 986 п. м, загальні витрати електроенергії

становлять 20666 кВт

·г. Визначити середню фактичну категорію

буримості гірничих порід.

Розв’язання. Визначаємо загальну питому енергоємність буріння

3,21986/20966П/W

=ω

кВт г/п.м.

За технологічною шкалою буримості гірничих порід табл. 4.2,

побудованій в умовах Полонського кар’єру для станків СБШ-250, СБШ-

320 і СБМК-5, знаходимо, що такій енергоємності буріння відповідає ХV

категорія порід (по буримості). В подальшому встановлена категорія порід

стає основою для нарахування заробітної плати, оцінювання виконання

планових нормативів по витратах матеріалів, енергії і бурового

інструменту, норм виробітку і часу.

Приклад 2.

Планова продуктивність Полонського кар’єру на майбутній рік

складає 1,6 млн.м

, річний фонд робочого часу Т

= 4032 год. Для буріння

використовуються бурові станки СБШ-250 (2 шт.) і СБШ-320. Станки

СБШ-250 використовуються на горизонтах +227 (категорія порід ХІ) і

+195,5 (категорія порід ХVI), а станок СБШ-320 – на горизонті +212

(категорія порід ХV). Норми часу на виконання бурових робіт станками

СБШ-250 на горизонтах +227 – 0,069 год./п.м. і 195,5 – 0,139 год./п.м.,

станком СБШ-320 – 0,113 год./п.м.; норми виробітку відповідно для

станків СБШ-250 – 115,3 п.м./зміну і 58,1 п.м./зміну, для станків СБШ-320

– 70,6 п.м./зміну. Планом ППР передбачено, що всі станки будуть

знаходитись в ремонті по 320 годин протягом року. Визначити необхідну

кількість бурових станків, необхідних для забезпечення виробничої

програми в майбутньому році.

Розв’язання. За формулою (5.1) визначаємо річний план буріння

технологічних свердловин

5333430/1600000П/ПП

.Г.О.М.ГР.

п.м.,

де – 30 м

/п.м. – вихід гірничої маси (в м

) з 1 погонного метра

свердловини (величина визначається за експериментальними

даними).

.Г.О

Річний план буріння по окремих добувних горизонтах розподіляється

відповідно до плану гірничих робіт з врахуванням регулювання якості

гірничої маси, а серед бурових станків на кожному горизонті –

пропорційно питомій вазі норми виробітку в сумарній нормі виробітку

станків, які експлуатуються на даному горизонті.

Станок СБШ-250, горизонт +227:

5,25202

244

3,115

53334

ПП

вир

.ск.в

Р.1

=⋅=⋅=

δδ

п.м.

Станок СБШ-250, горизонт +195,5:

6,12699

244

1,58

53334П

=⋅=

п.м.

Станок СБШ-320, горизонт +212:

9,15431

244

6,70

53334П

=⋅=

п.м.

За формулою (5.3) визначаємо необхідну кількість бурових станків

для забезпечення виробничої програми підприємства в майбутньому році.

()

(

)

.4,13204032/9,15431113,06,12699139,05,25202069,0n

−

⋅

Як показали розрахунки, Полонська дільниця буровибухових робіт

має подвійний резерв виробничої потужності бурових станків. Це дає

можливість організувати їх роботу в одну зміну і використовувати їх як

споживачів-регуляторів для вирівнювання добових графіків підприємства

і енергосистеми.

6. Технічні засоби оцінювання контролю буримості та екскавації

гірських порід

На рис. 6.1 показання структурна блок-схема системи вимірювання

буримості гірничих порід за величиною сумарної енергії руйнування

породи в забої свердловини [20].

U=0,38 кВ

Рис. 6.1. Структурна блок-схема системи вимірювання буримості

гірничих порід.

Пристрій реалізує спосіб визначення буримості гірничих порід,

описаний в [19]. Пристрій містить в собі трансформатор струму 1, який

включений в коло двигуна обертача 2 бурового станка, трансформатор

струму 3, який включений в коло двигуна гідронасоса 4 бурового станка,

перетворювачі змінного струму в постійну напругу, які з’єднанні між

трансформаторами струму 1 i 3, та аналоговим суматором 7,

електролічильник 8, до входу якого підключений вихід аналогового

суматора 7 і вихід перетворювача змінної напруги в постійну 9,

призначеного для розв'язки кіл силової мережі і вимірювальних кіл та

зниження напруги до рівня, допустимого для елементів лічильника

електроенергії 8, буферний регістра 10, включений між лічильником 8 i

інформаційним блоком 11, датчик глибини буріння 12, який

підключений до лічильника 8 i буферного регістра 10. Опис принципу

роботи наведений нижче.

Система працює таким чином. Трансформатори

струму 1 i 3 контролюють струм в двигунах обертача 2 і гідронасоса 4

бурового станка. В перетворювачах 5 і 6 струми, отримані з виходів

трансформаторів струму 1 і 3, перетворюються в напруги, які пропорційні

цим струмам. Ці напруги додаються в аналоговому суматорі 7, на виході

якого одержуємо напругу, пропорційну сумарному струму двигуна

обертача 2 i гідронасоса 4 бурового станка. Ця напруга надходить на вхід

лічильника електроенергії 8, на другий вхід якого подається напруга з

перетворювача напруги 9. Лічильник електроенергії 8 визначає сумарні

витрати електроенергії двигунами обертача 2 i гідронасоса 4 бурового

станка. На лічильник 8 надходить також сигнал з датчик глибини буріння

12, який скидає показання лічильника при проходженні визначених

відміток свердловини, наприклад, через кожні десять сантиметрів. Перед

скиданням показань лічильника вони запам’ятовуються в буферному

регістрові 10, входи якого підключені до виходів датчик глибини буріння

12 i лічильника електроенергії 8. Сигнал з буферного регістра 10

надходить на інформаційний блок 11, де за сумарною питомою витратою

електроенергії, яка споживається двигунами обертача i гідронасоса, та

еталонною шкалою буримості гірничих порід, побудованій за даними

експериментальних досліджень, визначається категорія буримості гірничої

породи, яка висвічується на табло і заноситься в пам'ять системи.

На рис. 6.2 показана блок-схема удосконаленого варіанту описаного

вище системи вимірювання буримості гірничих порід [4]. В блок-схему

пристрою введені два аналого-цифрові перетворювачі і датчик швидкості

обертання буровою ставу i датчик зусилля на вибій свердловини, при

цьому

виходи датчиків швидкості обертання бурового ставу i зусилля на

забій свердловини через відповідний аналого-цифровий перетворювач

з’єднані з іншими входами інформаційного блока. Система дозволяє

відстроюватись від параметрів режиму у випадках, коли машиніст

бурового станка знижує швидкість обертання бурового ставу i зусилля на

забій свердловини (при занурювані нової свердловини, проходженні

тріщинних порід).

Рис. 6.2. Структурна блок-схема системи вимірювання категорії

гірничих порід по буримості (удосконалений варіант)

U=0,38 кВ