И. И. Тазабеков, Ж. К. Куанышбаев, М.И. Арпабеков, С. Б. Джумагулов Транспортная проблема карьеров и пути ее решения
(Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, г.Астана, Казахстан)
Конструктивные особенности, функциональные преимущества новых многоприводных пластинчатых конвейеров работающих в составе горных автоматических выемочных манипуляторов ВМФ-5, ВМФ-6, роботизированного очистного комплекса селективной выемки, который обеспечит разработку наклонных, крутонаклонных и крутых пластов в сложных горно-геологических условиях. Идеей данной работы является в повышении работоспособности многоприводных пластинчатых конвейеров путем контроля и компенсации дополнительной деформации тягово-несущего органа на межприводных участках.
Транспортные средства должны обеспечить: а) возможность применения бесперегрузочной схемы транспортирования материала, сокращающей количество перегрузочных пунктов и число работающих механизмов в линии до минимума; б) прием и транспортирование высокоабразивного, крупнопускового материала в течение длительного времени эксплуатации, определяемого сроком их службы, а износ и деформация грузонесущего органа не должны превышать допустимых значений; в) более высокий по сравнению с другими видами средств транспорта уровень комплексной механизации и автоматизации транспортных операций на карьере с учетом возможности применения в перспективе безлюдного способа разработки месторождений. Наиболее полно данным требованиям отвечают пластинчатые конвейеры.
Положительные качества пластинчатых конвейеров (достаточная прочность и долговечность несущего органа, возможность установки конвейера по сложным, искривленным трассам и др.) в условиях открытых разработок обеспечивают им определенные преимущества перед другими видами конвейеров [1,2].
Данная работа посвящена созданию робототехнологического комплекса, далее называемого как комплекс робототехнологический селективный (КРС), обеспечивающего автоматическую селективную выемку различных пластов, содержащих породные прослои, твёрдые включения и геологические нарушения, с тем, чтобы повысить качество выполнения работы и уменьшить её потери в недрах.
Комплекс должен обеспечивать также отработку целиков пластов различного назначения и локальные участки со сложными условиями залегания.
КРС состоит из выемочного манипулятора ВМФ-5, ВМФ-6 с механизированной крепью с конвейером, электро-гидрооборудования, а также аппаратуры адаптивно-программного управления с диагностикой состояния.
Практика эксплуатации отечественных магистральных пластинчатых конвейеров на подземных строительных работах и рудниках. Опыт эксплуатации этих конвейеров за рубежом показали, что при условии обеспечения достаточной прочности и надежности работы конвейеры с ходовыми роликами и центрально расположенной круглозвенной цепью могут быть с успехом применены для транспортирования скальных пород и руд на большие расстояния при любой криволинейности трассы. Необходимо отметить, что в последние годы как за рубежом, так и у нас в стране значительно возрос интерес к пластинчатым конвейерам.
В настоящее время пластинчатые конвейеры широко применяются на горнорудных и металлургических предприятиях Англии, Франции, ФРГ, Польши и других стран.
Многоприводные пластинчатые конвейеры достигают значительной длины. На французском руднике в Лотарингии установлен пластинчатый конвейер фирмы Aumund на наклонном стволе для транспортирования железной руды с размерами кусков до 600 мм, массой 600 кг. Средняя производительность этого конвейера - 520 т/ч (325м3/ч), длина конвейера составляет 600 м, разность уровней погрузки на конвейер и разгрузки с конвейера в бункер достигает 170 м (180). На конвейере установлено 8 промежуточных приводов. Еще более длинный (2017 м) пластинчатый двухцепной конвейер установлен на английской шахте "Хьюдингейт". Этот конвейер имеет 9 промежуточных приводов. Средняя производительность конвейера- 270 т/ч при ширине рабочего полотна 800 мм, высоте бортов 130 мм и скорости движения 0,8 м/с. Пластинчатый конвейер для доставки рядовой руды
успешно применен на месторождении медистых сланцев в Мансфенде (ГДР) на рудниках
"Фортштрит", им. Э. Тельмана. Длина пластинчатого конвейера - 492м при скорости движения 0,35м/с. срок службы- 2..4 года. На руднике им. Э. Тельмана, где работали 5 пластинчатых конвейеров, экономия в результате их внедрения на очистных работах полностью окупает стоимость в течение 2..4 месяцев. В рудниках (ФРГ) работают пластинчатые конвейеры фирмы
"Аумунд". Ширина несущих пластин - 640. . . 800мм, высота бортов-100. . . 130мм, тяговой орган конвейера - две пластинчатые цепи. Конвейер допускает транспортирование особо тяжелых грузов. Длина горизонтального конвейера-220м. Значительное количество изгибающихся пластинчатых конвейеров выпускают фирмы "Прюнте", "Хаухинко", "Вестфалия", "Демаг"и др. Фирма Transportanlagen-Konstruktions und Betriebs GmbH (ФРГ) выпускает лотковые конвейеры, которые изготовляются со штампованными лотками шириной 400. . . 2500мм и высотой бортов 100. . . 400мм. Конвейеры могут транспортировать абразивные материалы производительностью до 1000т/ч при уклоне трассы до 600 к горизонтали. Скорость транспортирования - до 0,994 м/с. Толщина стенок лотка - 5. . . 10мм; конвейеры могут транспортировать камни и руду [1,3-4].
В настоящее время в угольной и строительной промышленности Великобритании применяются конвейеры с пластинами шириной до 2500мм и размером шага цепей до 30 мм. В начале 70-х годов фирма Holbeek and Braun (ФРГ) стала выпускать конвейеры с одинарной тяговой цепью шагом 126 мм и разрывным усилием 1450 кН. Такие конвейеры имеют привода от 4 до 10 электродвигателей мощностью 160 кВт каждый [44,45]. Производительность конвейера- до 1200 т/ч. Конвейеры с пластинчатым полотном применяются там, где приходится решать сложные транспортные проблемы: транспортирование тяжелых грузов, сложная трасса и т.п. Пластинчатый конвейер может быть приспособлен к любой трассе (ограничение лишь по минимальному радиусу кривой в 3 м, при этом отпадает необходимость в промежуточных перегрузочных станциях) и преодолевать подъемы до 800 (при наличии на ленте специальных карманов), обеспечивая высокую производительность и безотказную погрузку и разгрузку конвейера. В магистральных выработках угольных шахт, имеющих сложную трассу, надежным видом транспорта зарекомендовали себя пластинчатые конвейеры.
Они хорошо вписываются в криволинейные выработки, способны транспортировать без перегрузки материал на значительные расстояния. С целью снижения нагрузки в тяговом органе для магистральных пластинчатых конвейеров разработаны промежуточные приводы.
Оборудование пластинчатых конвейеров промежуточным приводом позволяет не только увеличить длину установки конвейера до 1600-2000 м, но и использовать конвейеры в условиях значительных подъемов и перегибов трассы.
В магистральных пластинчатых конвейерах П-65М и П-80 применены промежуточные приводы гусеничного типа. Тяговый орган каждого их них состоит из контура специальной втулочной цепи, замкнутой в вертикальной плоскости, на которой шарнирно установлены силовые элементы-кулаки (рисунок 1). Кулаки промежуточного привода представляют собой четырехроликовое сочленение, управление которым осуществляется с помощью профилированных направляющих. Промежуточные приводы могут устанавливаться как при монтаже нового конвейера, так и в процессе его эксплуатации.
Характерные примеры применения промежуточных приводов в магистральных пластинчатых конвейерах П-65 и П65М дает опыт эксплуатации их на шахтах п/о Карагандауголь. На шахте "60 лет Октября"пластинчатый конвейер П-65 был установлен в 7-м южном полевом откаточном штреке пластов. В северной части штрек был соединен с бремсбергом 6-го горизонта наклонной выработкой. Конвейер был смонтирован на длину 960 м, из них 850 м по штреку и110 м, включая головной привод - на наклонной сбойке.
Подъем конвейера в наклонной сбойке вызвал рад отрицательных явлений, снизивших надежность его работы. В связи с тем что приводная головка находилась в нависшей точке, ухудшилось условия запуска конвейера: каждый запуск сопровождался сильным вспучиванием пластинчатого полотна на хвостовом приводе.
1- приводная цепь, 2- кулак, 3- ролик, 4- направляющая Рисунок 1- Схема гусеничного промежуточного привода
Кроме того, усилия в тяговой цепи достигло таких величин, при которых происходил разрыв соединительных звеньев. За два месяца работы конвейера произошло 10 случаев таких разрывов. В этих условиях решительное улучшения эксплуатационных качеств конвейера могло быть достигнуто или расчленением его и установкой в наклонной сбойке конвейера, или оборудованием конвейера П-65 промежуточным приводом. В порядке опытной эксплуатации на расстоянии 325 м от головного привода на горизонтальном участке штрека в став конвейера, был вмонтирован опытный образец промежуточного привода конструкции Гипроуглегормаша и Анжерского машзавода (авторские свидетельства№275832 и №554189). Опытный образец конвейера П-65М длиной 1410 м был смонтирован с промежуточным приводом на шахте им.Костенко в 3-м восточном конвейерном и 3-м восточном полевом откаточном штреках пласта К7 . Конвейер имеет в вертикальной плоскости 16 перегибов и два крутых подъема:
один длиной 80 м, а другой длиной 30 м. Подъем головного привода относительно наиболее низкого участка конвейера составил 15,6 м. В горизонтальной плоскости трасса имеет два поворота. Промежуточный привод установлен на уклонном участке трассы на расстоянии 400 м от хвостового привода. Работа промежуточного привода снизила усилия в цепи конвейера на 30 кН, обеспечила плавный запуск и повысила общую протяженность конвейера. За два с половиной года эксплуатации общий пробег цепи промпривода составил более 54 тыс.км (пробег цепи до замени цепного контура- 18 тыс.км).За этот период конвейером было доставлено более 1 млн.тонн угля. Технические данные промежуточного привода к конвейеру П-65М: тип привода - гусеничный; скорость приводного органа - 0,8; 1,2 м/с; шаг установки кулаков - 648 мм;
количество кулаков - 6 шт.; тип приводной цепи - втулочная; шаг приводной цепи - 81 мм;
разрушающая нагрузка - 560 кН; количество приводных блоков - 1 шт.; тип электродвигателя - ЭДКОФ-41/4; мощность электродвигателя - 37 кВт; тяговое усилие привода (номинальное) при V =0,8 м/с, 33,2 кН.
Опыт эксплуатации пластинчатых конвейеров на шахтах "60 лет Октября"и им.Костенко показал, что внедрение промежуточных приводов значительно расширяет возможности применения пластинчатых конвейеров в сложных условиях выработок, искривленных в плане.
С целью улучшения технических и эксплуатационных показателей проведена модернизация серийных конвейеров типа П-65 в направлении повышения их надежности и долговечности, увеличения прочности параметров тягового органа и грузонесущего полотна. Кроме того, с учетом перспективы роста грузопотоков и расширения области применения пластинчатых конвейеров значительно повышена производительность и увеличена длина установки.
Созданный институтом Гипроуглегормаш совместно с Анжерским машиностроительным заводом пластинчатый изгибающийся конвейер П-65М является многоприводной установкой [1], в которой реализованы результаты многолетних теоретических и экспериментальных исследований, подчиненные основной цели - повышению надежности, увеличению срока службы и расширению области применения средств конвейерного транспорта (рисунок 2).
1, 2, 3 - соответственно головной, промежуточный, хвостовой приводы пластинчатого конвейера; 4- пункт загрузки Рисунок 2- Схема транспорта (а), профиль трассы конвейера (б)
Промышленные испытания конвейера П-65М проводилось в сложных горногеологических условиях шахты им.Костенко производственного объединения Карагандауголь. Общая длина конвейера составила 1410 м, а погрузка угля осуществлялась вначале в одном, а затем в трех пунктах. Перепад высот головного привода над хвостовым составил + 15,6 м. В период хронометражных наблюдений конвейером П-65М перевезено более 1,2 млн. тонн груза, при этом чистое машинное время работы составила около 10 тыс.ч. Одним из основных узлов многоприводного пластинчатого конвейера П-65М является промежуточный привод.
В процессе приемочных испытаний и эксплуатации установлена его работоспособность и высокая надежность. Промпривод проработал более 6500 ч, а показатели надежности при этом составили: наработка на отказ 1212 ч; среднее время восстановления 1,46 ч; коэффициент готовности 0,999. Применение промежуточного привода положительно отразилось на работе пластинчатого конвейера П-65М и позволило, во-первых, снизить уровень натяжении в тяговом органе; во-вторых, улучшить запуск конвейера, исключить проскальзывание концевых звездочек относительно цепи в момент пуска и деформацию элементов крепления пластин к цепи. В целом испытания промежуточного привода подтвердили целесообразность использования и перспективу его применения для создания многоприводных транспортных систем.
На шахте№3 "Тентекская"Карагандинского бассейна проводилась опытная эксплуатация пластинчатого конвейера П-80, предназначенного для транспортирования угля и породы по горизонтальным, прямоугольным и искривленным в плане капитальным выработкам шахт большой производительности. Техническая характеристика конвейера П-80:
производительность - 500 - 750 т/ч; скорость движения полотна - 0,8-1,2 м/сек; длина конвейера - 110 м.; Минимальный радиус изгиба става - 18-20 м; суммарный угол изгибов става - 360 град;
число приводов - 3; установленная мощность приводов - 192 квт; приведенный вес конвейера - 330 кг/м. Конвейер П-80 был смонтирован во втором восточном конвейерном штреке пласта Д6 на длину 630 м. В октябре- декабре 1967 г. он был удлинен до 1160 м с установкой в нем промежуточного привода. После удлинения среднемесячная нагрузка составила 33 437 т/месяц, среднесуточная- 1533 т/сутки и среднечасовая- 162 т/ч, максимальная месячная нагрузка на конвейер достигла 39 971 т/месяц, максимальная суточная-2520 т/сутки и максимальная часовая-500 т/ч (при скорости полотна 0,8 м/сек). Максимально возможные производительности конвейера П-80 при загрузке углем рядового состава с одного погрузочного пункта и скоростях движения полотна 0,8 - 1,2 м/сек соответственно равны 520 и 780 т/ч.
Полученные эксплуатационные данные несколько превышают проектные (соответственно 500 и 750 т/ч) и свидетельствуют о правильности выбранных параметров производительности конвейера.
Опытно-промышленный образец карьерного пластинчатого конвейера П-80К, смонтированного на опытно-промышленном участке ЦПТ Качканарского ГОКа, оборудован двумя приводными станциями (головная и промежуточная), которые оборудованы регулируемыми электроприводами с применением асинхронных электродвигателей и
индукторных муфт скольжения (рисунок 3).
Техническая характеристика конвейера П-80К: ширина пластинчатого полотна: - 800 мм; производительность - 1200, 1600 т/ч; скорость движения полотна - 1,2 м/с; крупность транспортируемых кусков - 600 мм; максимальный угол подъема - 18 град; конвейерные весы - ЭКВП-К; натяжной устройство - гидравлическое. Общая установленная мощность двигателей на конвейере составляет 173 кВт, 2х55 кВт - головной привод, 2х30 кВт - промежуточный привод, 3 кВт - привод маслостанции [3].
1 - экскаватор ЭКГ 8И; 2 - самоходный дробильный агрегат СДА-3; 3 - самоходный бункер БС-120М; 4 - автосамосвал БелАЗ-548; 5 - грохотильно-дробильная установка; 6 - катучий конвейер; 7 - передаточный конвейер; 8 - пластинчатый конвейер П-80К; 9 - самоходный вибропитатель КВГ-1ПС; №10 - перезагрузочный узел; 11 - сбрасывающая тележка
ТСП-1600/1,2; 12 - самоходный перегружатель СП-1000; 13 - демпкар Рисунок 3- Схема опытно-промышленнго участка Качканарского ГОКа
На рисунке 4 (а, б) показаны общие виды многоприводных пластинчатых конвейеров.
Институтом Гипроуглегормаш создан многоприводной наклонный пластинчатый конвейер ПН-65 со следующими основными характеристиками: количество промежуточных приводов - 4шт; скорость движения тягово-несущего органа - 0,75-1,4 м/с; производительность - 165-250 т/ч; длина - 250 м [4-7].
Опыт эксплуатации многоприводных пластинчатых конвейеров в стране и за рубежом показывает работоспособность этих конвейеров, но имеется ряд нерешенных научно- технических задач.
а)
б)
Рисунок 4- Общий вид многоприводного пластинчатого конвейера : а) П-65М; б) П-80К
Поскольку, на многоприводных конвейерах были установлены нерегулируемые приводы, наблюдались перераспределение усилий по замкнутому цепному контуру и провисающие участки на межприводных участках. Были зафиксированы на отдельных межприводных участках перенатяжение тягового органа, а на последующих участках расслабление последнего.
Из-за неравнозначности шага звеньев тяговой цепи были заметны нарушения кинематики взаимодействия промежуточного привода с тягово-несущим органом конвейера.
Результаты выполненных ранее исследований в области создания конвейерных весоизмерителей [8] показали, что для решения задач комплексного их использования, как средств измерения про-изводительности и расчета загрузки, необходимо совершенствование их конструкций, а также использование современной микропроцессорной техники. При выборе схемы построения грузоприемного устройства исследователи учитывали каждый раз отдельные факторы, влияющие на точность, и не оценивали комплексное воздействие всего многообразия влияющих факторов и их взаимодействий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Тазабеков И.И. Основы расчета и компенсация деформации грузонесущего органа многоприводного пластинчатого конвейера: дис. . . .. докт. техн. наук: - Караганда: КарГТУ, 2005. - 274 с.
2. Ермеков Т.Е., Арпабеков М.И.. Горные машины. По рекомендацию Министерства образования и науки Республики Казахстан для организаций начального и среднего профессионального образования: учебник. - Астана: "Фолиант", 2009. - 372 с.
3. Тазабеков И.И. Регулируемый электропривод многоприводных пластинчатых конвейеров // Автоматика и информатика. №1-2. - Караганды: Изд-во КарГТУ, 2002. - С. 5-10.
4. Тазабеков И.И. Разработка опытно-промышленных образцов карьерных пластинчатых конвейеров // Промышленность Казахстана. - 2004. - №2 - С. 64-66.
5. Арпабеков М.И. Исследование и создание горных робототехнологических комплексов с адаптивно- программным управлением: дис. ... докт. техн. наук: 05.02.05. - Алматы: ИММаш им. академика У.А. Джолдасбекова МОН РК и КазНТУ, 2010. - 327 с.
6. Ермеков Т.Е. , Арпабеков М.И. "Разработка роботизированного комплекса для выемки угля"// Горный журнал,№11, Москва. Россия.2011. С.77-78.
7. Ермеков Т.Е., Тазабеков И.И., Арпабеков М.И. Задачи технической диагностики для селективной выемки роботизированного комплекса КРС // Научные труды межд.
научно-практ. конф. "Актуальные проблемы горно - металлургического комплекса Казахстана"(Сагиновские чтения 1) / КарГТУ. - Караганда 2009. - Ч. 1. - С.192-195.
8. Ермеков Т.Е., Шоланов К.С., Тазабеков И.И., Арпабеков М.И. Методика расчета определения эксплуатационных параметров транспортирующего става в составе роботизированного комплекса КРС // Вестник Кыргызского аграрного университета. - Бишкек, 2009. -№1 (12). - С.98-103.
Сүлейменов Т.Б., Қуанышбаев Ж.М., Арпабеков М.И., Жұмағұлов С.Б.
Кен шығаратын көлктерiнiң мәселелерi мен оның шешiмiнiң жолдары"ғылыми еңбегiне
Өңдеуiн қамтамасыз етедi күрделi тау-геологиялық шарттардағы тiк және құламалы қабат көлбеген таңдаулы қуыстың роботтандырылған тазарту кешенiнiң қатпарлы конвейерлерiнiң ВМФ-5, ВМФ-6 тау автоматты қуыс манипуляторларының құрамында жұмыс iстейтiн жаңа көп приводты функционалдық артықшылықтары конструктивтiк ерекшелiктер. Осы жұмыстағы идея бақылау және қосымша деформацияның өтемi қатпарлы конвейерлердi көп приводты жұмысқа қабiлеттiлiктiң жоғарылату жолымен тарту болып табылады - жағалауға таяу жер бөлiмшелерге жүк көтергiш орган.
Suleymenov T.B., Kuanyshbayev Zh. M., Arpabekov M. I. Jumagulov S. B.
Transport problem of pits and way of its decision
Design features, functional advantages of new multidriving lamellar conveyors working as a part of the mountain automatic vyemochny manipulators VMF-5, VMF-6, the robotized clearing complex of selective dredging which will provide development of inclined, krutonaklonny and abrupt layers in difficult mining-and-geological conditions. Idea of this work is in increase of operability of multidriving lamellar conveyors by a way of control and compensation of additional deformation of traction bearing body on interdriving sites.
