Федеральне агентство з освіти
Державна освітня установа
вищої професійної освіти
Тульський державний університет
Кафедра Г і Г
Контрольно-курсова робота з дисципліни «Сучасні проблеми гірничої науки і виробництва»
На тему: «Проблеми вдосконалення гірничої техніки»
Тула 2009
Зміст
Введення
1. Напрями вдосконалення вугільних технологій
2. Гідроабразивне різання гірських порід
3. Віброактивності руйнування
4. Струменевий технологія і техніка
Висновок
Список літератури
Введення
Одним з основних чинників нарощування обсягів видобутку вугілля та зростання продуктивності праці є застосування на шахтах Росії сучасних механізованих комплексів очисного обладнання. Сьогодні парк очисної техніки на російських шахтах представлений на 90% російським обладнанням, велика частина якого має високий ступінь зношеності і низькі технічні показники в порівнянні з передовими зарубіжними зразками.
Різноманіття гірничо-геологічних умов розробок вугільних родовищ Росії і відсутність для них ефективних техніко-технологічних рішень диктують машинобудівним підприємствам гірничо-шахтного устаткування підвищені вимоги до створюваного обладнання. Базовим принципом при виробництві гірських машин стає перехід від серійного виготовлення техніки до індивідуального для конкретних умов експлуатації, що забезпечує високу продуктивність і якість устаткування. Досвід показав, що машинобудівні заводи військово-промислового комплексу Росії в силу ряду причин не здатні впоратися з поставленим завданням. Відсутність на традиційних гірничо-шахтних машинобудівних заводах сильних конструкторських колективів, націлених на розробку сучасної техніки, і випереджає зарубіжні аналоги, не дозволяє сподіватися на швидкий стрибок у виробництві на них власного ГШО з необхідними параметрами. Разом з тим на російський ринок уже зараз спрямовані західні виробники гірничошахтного обладнання, і з часом їх тиск буде посилюватися. Протистояти цьому тискові в умовах відкритості ринку можливо тільки виробництвом якісної сучасної гірничо-шахтного устаткування за доступними для російського ринку цінами.
У даній роботі розглядаються напрями вдосконалення вугільних технологій, а так само гідроабразивного, віброактивності техніки і техніки реалізовує технологію струминної цементації грунтів.
1. Напрями вдосконалення вугільних технологій
У нинішній ситуації істотне поліпшення якісних і кількісних показників вуглевидобутку та вуглепереробки в Росії може забезпечити використання наукомістких технологій.
На сьогоднішній день існує значна кількість технологій, що мають підстави бути віднесеними до наукомістких, високим технологіям, які з великою ефективністю можуть бути застосовані у вугільній промисловості.
В Інституті вугілля і вуглехімії СО РАН, а також в інших організаціях, до теперішнього часу вже розроблені або розробляються наукомісткі технології практично для кожної стадії освоєння вугільного родовища - починаючи зі стадії проектування вугледобувних підприємств і закінчуючи технологіями переробки відходів вуглевидобування і корисного використання виробленого простору. Серед них знаходяться і технології, що обіцяють у разі своєї практичної реалізації отримання величезного економічного ефекту - наприклад, такі як видобуток і використання пластового метану, і технології, спрямовані на забезпечення безпечних умов розробки вугільних родовищ.
Велика кількість нових наукомістких розробок має місце при дослідженні процесів глибокої переробки вугілля. Ця обставина дозволяє з достатнім оптимізмом оцінювати перспективи розвитку вугільної галузі, так як у великій мірі саме з забезпеченням глибокої переробки вугілля безпосередньо в районі його видобутку зв'язуються надії вугільників на виведення вугільної галузі з економічної кризи.
У великій кількості наукоємних технологій, пропонованих науковцями для російської вугільної промисловості, помітне місце займають не тільки нові, недавно розроблені, але й такі, які були широко відомі раніше і навіть успішно застосовувалися на практиці, але з різних причин не отримали подальшого розвитку. З даного ряду можна особливо виділити такі нетрадиційні способи розробки вугільних родовищ, як гідровидобутку вугілля, технологія створення та транспортування водовугільних суспензій, а також підземна газифікація вугілля. Цілком очевидним є той факт, що названі, а також деякі інші відомі раніше технології (наприклад, гідроструминні технологія), мають досить значним невикористаним, нерозкритим потенціалом, і тому необхідністю сьогодні є - в одних випадках - реанімація технології, в інших - продовження і розвиток дослідних і практичних робіт з удосконалення такої техноологіі.
Найважливішим елементом нової вугільної політики Росії, як вважають в Інституті вугілля і вуглехімії СО РАН, повинно бути створення і розвиток у регіонах видобутку вугілля на принципах міжрегіональної та міжнародної кооперації, на базі новітніх технологій глибокої переробки вугілля енерго-технологічних комплексів, які забезпечують не тільки потреби внутрішнього ринку, але і в значній мірі експорт електроенергії і продуктів вугле-хімії в країни Європи і Азії.
В області власне технології підземного видобутку вугілля в цілому, головними напрямками науково-технічного прогресу для російських шахт є корінні поліпшення структури шахтного фонду та стану гірничого господарства шахт на основі їх реконструкції та технологічного переозброєння, вдосконалення технологічної структури підземного видобутку, розвиток комплексної механізації та автоматизації виробничих процесів, в тому числі на базі створення нового покоління комплексів машин та обладнання для очисних та підготовчих робіт, підвищення довговічності та надійності гірничо-шахтного устаткування.
У період до досягнення стабілізації економічної ситуації в Росії необхідні заходи централізованого державного регулювання відносин паливно-енергетичних галузей і споживачів енергії. Такі заходи повинні включати:
• державне регулювання співвідношення цін на вугілля, електроенергію, метал, транспортування;
• виділення дотацій для фінансової підтримки окремих підприємств вугільної промисловості;
• створення централізованого фонду інвестицій найбільш невідкладних заходів з реконструкції та розвитку паливно-енергетичних галузей і запобігання розпаду енергобудівельного комплексу;
• підвищення керованості галузей паливно-енергетичного комплексу, його об'єднань і підприємств;
• створення в ПЕК інтегрованих структур, які об'єднують підприємства різних галузей для випуску кінцевої конкурентоспроможної продукції суб'єктів ринку, що охоплюють в сукупності видобуток, переробку і реалізацію вугільної продукції, а також інститути ринкової інфраструктури (банки, страхові та інвестиційні компанії), що забезпечують участь вугільних підприємств в рамках міжгалузевих фінансових групах;
• протекціоністські заходи (цінова, податкова і митна політика) для забезпечення гарантованого державою мінімального обсягу продажів вугілля, що захищають виробників вугілля, зокрема, від випереджаючого зростання залізничних тарифів і підтримують конкурентоспроможність вугілля на внутрішньому паливно-енергетичному ринку.
Це забезпечить переклад вугільної галузі з дотаційного і збиткового стану до дохідної та прибуткову галузь, залучення необхідних інвестицій у паливно-енергетичний комплекс, реконструкцію суміжних галузей та охорону навколишнього середовища.
2. Гідроабразивне різання гірських порід
Гідроабразивне різання - нове і досить перспективний у вугільній промисловості Росії науково-технічний напрямок. Суть його полягає в розрізанні дуже тонкими (частки міліметрів) струменями води надвисокого тиску (250-350 МПа) з абразивом, створюваного мультиплікатором, який забезпечує двадцятикратне збільшення тиску робочої рідини - води. Це дозволяє глибоко розрізати вугільний масив (навіть без абразиву), гірські породи товщиною до 400 мм і більше та металеві плити товщиною до 200 мм (із застосуванням абразиву). Така технологія дозволяє виробляти названі роботи без виділення пилу, газів і тепла.
За кордоном гідроабразивне різання отримало величезну популярність. Світовими лідерами у галузі використання гідроабразивних струменів в різних галузях промисловості є фірми зі Швеції, Німеччини, Великобританії та ін
У нашій країні подібними роботами займається, наприклад, Всеросійський науково-технічний інститут технічної фізики імені акад. Є. І. Забабахіна. А так само ННЦ ДП - ІГД ім. А.А. Скочинського.
В даний час в ННЦ ДП - ІГД ім. А.А. Скочинського у співпраці з ТОВ фірмою "НІТЕП" і Скуратівським ОЕЗ розроблений і виготовлений «Мобільний агрегат Гідроабразивний» МАГ, призначений для механізації монтажних, демонтажних та інших допоміжних робіт у шахтних умовах, пов'язаних з різанням міцних абразивних гірських порід, бетону, залізобетону та інших твердих матеріалів.
При розробці ріжучого модуля гідроабразивного агрегату особлива увага приділялася створенню гідроабразивного інструмента. Його конструкція повинна була забезпечувати раціональні параметри різання металоконструкцій, листового металу і можливість нарізування глибоких (100-300 мм) зарубних щілин у міцних абразивних гірських породах, а також в бетоні і залізобетоні. Для вирішення зазначених завдань в ІГД ім. А.А. Скочинського був розроблений і випробуваний експериментальний зразок ріжучого інструменту нового технічного рівня.
На відміну від відомих зарубіжних і вітчизняних аналогів, конструкція інструменту дозволяла змінювати геометричні параметри його проточної частини в залежності від розв'язуваних технологічних завдань і забезпечувати оптимальні умови формування гідроабразивних струменів.
Основними її відмінностями є технічні рішення, спрямовані на забезпечення високої якості формування водяного струменя і забезпечення її співвісності з проточним каналом коліматора.
Ефективність зазначених рішень особливо очевидна при використанні струеформірующіх насадок діаметром d = 1,0-1,5 мм, необхідних для нарізування глибоких зарубних щілин у міцних абразивних матеріалах. При цьому виникає необхідність збільшення довжини камери змішування, а також діаметра і довжини використовуваних коллиматоров, що висуває підвищені вимоги до компактності водяного струменя і ускладнює її центрування. Необхідно відзначити, що конструкція струеформірующего пристрою дозволяє використовувати його в якості гідравлічного різака для виконання допоміжних робіт не вимагають використання абразиву, що істотно розширює можливі області застосування агрегату.
Процес формування гідроабразивного струменя може бути форматізірован наступному чином. Регульоване за допомогою дозатора кількість абразиву надходить в камеру змішування. На початковому етапі формування абразивної струменя після контакту з периферійними шарами струменя води, частинки абразиву набувають все більшої осьову швидкість, здійснюючи хаотичні стрибки між внутрішньою поверхнею камери змішування і струменем води, частота і амплітуда яких залежить від діаметра камери змішування, а також діаметра і швидкості водяний струменя.
Випробування підтвердили ефектність різання гранітного масиву з параметрами і режимами роботи гідроабразивного інструмента. Всі агрегати комплексу мобільного устаткування МАГ показали свою працездатність і високу надійність при експлуатації в польових умовах. Крім того, була продемонстрована можливість використання технології гідроабразивного різання у поєднанні з іншими способами руйнування.
Віброактивності руйнування.
Однією з проблем подальшого розвитку прохідницької техніки для гірничої промисловості є створення комбайнів, що забезпечують проведення підготовчих виробок по міцних породах. В даний час на гірничих підприємствах працюють переважно прохідницькі комбайни виборчого дії, що мають стрілоподібний виконавчий орган, оснащений різцевої коронкою або барабанним робочим органом.
Конструктивні особливості цих машин найбільш відповідають технології проведення виробок по вугіллю і змішаним вибоїв і переважно використовуються на породах міцністю у сж = 60 МПа. Спроби їх застосування для руйнування для руйнування більше міцних порід за рахунок збільшення потужності приводу і удосконалення ріжучого інструменту не дозволило створити ефективну конструкцію комбайна.
Паралельно створювалися прохідницькі комбайни безперервної дії, що дозволяють помітно збільшити потужність приводу на руйнування порід, використовувати ефективно використовувати шарошечний інструмент. Проте обмежена область гірничо-технічних умов їх застосування для проведення виробок не дозволяє вважати дане напрямки перспективним.
Одним з визначальних напрямків створення комбайнів для міцних порід визнаний комбінований спосіб, що передбачає з'єднання традиційного механічного різання з додатковими динамічним, гідравлічним, вібраційним та іншими впливами на руйнований масив. Така комбінація силових чинників дозволила створити серію виконавчих органів до прохідницьким комбайнів виборчої дії, орієнтованих на руйнування порід підвищеної міцності.
Починаючи з 1983 року на кафедрі гірських машин і комплексів ТулГУ спільно з інститутом «ЦНІІПодземмаш» ведуться роботи зі створення виконавчих органів стрілецької типу, що поєднують механічне руйнування з вібраційним впливом на масив - віброактивності виконавчих органів. Призначення виконавчих органів даного типу полягає в забезпеченні проведення виробок у змішаних вибоях по вугіллю і породним прошаркам фортецею у сж ≤ 80 МПа.
Одним із шляхів вирішення проблеми розробки міцних порід є створення машини, привід якої дозволяє отримувати короткочасні імпульси сили великої величини. Руйнування міцної породи може бути досягнуто також шляхом впливу короткочасними імпульсами порівняно невеликої величини, повторюваними велике число разів, тобто по суті справи, шляхом впливу вібраційної сили.
Зона, породи піддана впливу вібрації, мала, але внаслідок високої частоти вібрації, проникнення робочого органу в породу може відбуватися досить швидко. Енергія, необхідна для розробки породи, залежить від розміру зони руйнування і ступеня руйнування матеріалу.
З метою розширення технологічних можливостей прохідницьких комбайнів виборчої дії кафедрою гірничих машин і комплексів ТулГУ спільно з інститутом «ЦНІІПодземмаш» був запропонований абсолютно інший принцип активізації робочого органу. Як генератор короткочасних імпульсів було запропоновано використовувати в приводах гірських машин диференціальні вібратори крутильних коливань.
Вібратор здатний створювати на робочому органі момент, що змінюється з періодичного закону. У цьому випадку на робочому органі машини можливе отримання зусиль, в окремі проміжки часу значно перевищують зусилля від приводу традиційного виконання, що, у свою чергу, може підвищити ефективність роботи комбайна у міцних породах і збільшити продуктивність в більш слабких породах.
На підставі викладеного можна зробити висновок, що оснащення комбайнів віброактивності виконавчими органами є перспективним напрямком удосконалення їх конструкції, що дозволяє підвищити продуктивність до фортеці порід у сж = 70 ... 80 МПа.
3. Струменевий технологія і техніка
Технологія струменевого цементації грунтів (далі по тексту СЦГ), яка відображає тему моєї дисертаційної роботи, з'явилася практично одночасно в Японії, Італії, Англії. На сьогоднішній день, машини, реалізують СЦГ, інтенсивно експлуатуються по всьому світу, дозволяючи ефективно вирішувати традиційні й нові технологічні завдання в промисловому і цивільному будівництві, а також будівництві підземних споруд.
Технічна ідея СЦГ полягає у використанні енергії високошвидкісний струменя водоцементного розчину для руйнування масиву грунту і одночасного перемішування одержуваної маси. Після твердіння маси утворюється новий матеріал - грунтобетон, що володіє достатньо високими фізико-механічними характеристиками.
У загальному випадку комплект технологічного обладнання, необхідного для реалізації технології СЦГ складається з наступних елементів:
бурова установка;
станція приготування водоцементного розчину;
водоцементним насос високого тиску.
Причому, особливої уваги заслуговує саме бурова установка, до якої ставляться специфічні технологічні вимоги. У той же час, інші частини комплексу обладнання, а саме, станція приготування водоцементного розчину і водоцементним насос високого тиску випускаються серійно як за кордоном, так і на вітчизняних підприємствах. Так в Росії, для потреб нафтової промисловості, що вже кілька десятиліть випускаються станції приготування водоцементного розчину і насоси високого тиску, що забезпечують подачу водоцементного розчину до споживача з тиском до 65 МПа.
Буровий самохідний станк СБГ-3320, який виготовлявся на Скуратівським експериментальному заводі складається базової візки з рамою 1, рушіїв ходу 2, об'ємного гідроприводу з насосами і моторами приводу рушіїв правого і лівого борту, допоміжного насоса підживлення замкнутих гідросистем, гальмами стоянок з механізмом управління ними, а також встановленої на рамі ходової візки за допомогою механізму підвіски 3, рами податчика 4 із механізмами обертання 5 і подачі 6 бурового става вздовж осі свердловини з гідравлічними моторами приводів цих механізмів 7 і 8, причому гідравлічні мотори приводів обертання бурового става 7 і механізму його подачі 8 при бурінні підключені до насосів правого і лівого борту замість гідромоторів приводів рушіїв, за допомогою двохпозиційних золотників, управління якими об'єднано з механізмом управління гальмами стоянок.
Рис. 4. Загальний вигляд бурової установки.
При виконанні стоянкових гальм з гальмівними гідравлічними циліндрами і золотником управління ними, двопозиційні золотники виконуються з гідравлічним управлінням, а входи в камери управління золотниками з'єднуються магістралями з входом в робочі гідроциліндри стоянкових гальм.
Допоміжний насос системи переміщення стріли 9 навісного обладнання машини, сама ця система залишаються без змін і використовуються для виконання допоміжних операцій.
Таке схемне і компонувальних рішення дозволяє в максимальному ступені використовувати енергетичні можливості базової машини і забезпечити безпеку при експлуатації бурової установки.
На верхньому кінці прохідного шпинделя обертача встановлюється Гідрознімачі 10 для подачі високонапірної водоцементному суспензії.
Процес буріння пілотної свердловини та формування закріпленого масиву контролюється за допомогою АСУ СЦГ.
Застосування ж серійно випускаються бурових установок для використання у складі комплекту обладнання СЦГ неможливо з ряду причин, основними з яких є наступні:
- Податчик бурової установки повинен бути оснащений додатковим пристроєм автоматизованого підйому бурової колони із заданою швидкістю, що є основною вимогою для гарантованої якості робіт в однорідних грунтах - пристрої колон без розривів, постійним діаметром і необхідним змістом цементу в одиниці об'єму грунту;
- Водоцементним розчин до струеформірующім пристроїв повинен нагнітатися під високим тиском по буровому ставу; звичайна конструкція бурового става не володіє достатньою міцністю, а його сполуки - герметичністю;
- Необхідна наявність Гідрознімачі високого тиску - вузла, через який водоцементним розчин, надходить з нерухомої високонапірної магістралі у всередину обертається бурової колони.
Висновок
Сучасні економічні умови диктують необхідність для кожного, окремо взятого, гірничого підприємства забезпечення конкурентоспроможності продукції та рентабельності, що можливо лише у разі різкого підвищення продуктивності основних робіт, у тому числі і буріння. Головним стримуючим фактором, на шляху підвищення продуктивності є, недостатня технічна швидкість буріння.
З аналізу інформаційних джерел присвячених технічної боці проблематики, можливо, зробити висновок, що подальше збільшення продуктивності буріння традиційним шляхом, а саме, за рахунок збільшення енергоозброєності бурових машин не дає бажаного результату.
По суті породоразрушающий інструмент є провідником енергії руйнування між приводом бурової машини та забоєм, від якості інструмента залежить ефективність її передачі. Зростання енергоозброєності обладнання збільшить завантаженість інструменту, а, отже, ще більше зменшить його стійкість і надійність.
Для інструмента, однією з основних характеристик, багато в чому визначає його термін служби, є міцність. Спосіб підвищення міцності за рахунок застосування високоміцних матеріалів і сталей, за допомогою якого, до недавнього часу і досягався значний ефект вичерпав себе. Інструменти з матеріалів з теоретично необхідними властивостями мають невиправдану собівартістю.
Як висновок можна зазначити, що принципи вдосконалення бурового інструменту, що включають як технічні, так і технологічні новації в цілому, за останній час практично вичерпані.
Рішення завдання реалізації буріння з необхідними параметрами пов'язано, перш за все, зі створенням бурових машин нового технічного рівня. Бурові машини нового покоління, це, перш за все, нова концепція руйнування гірських порід, новий вид взаємодії інструмента з забоєм, новий принцип підведення енергії руйнування до забою. Пошуки можливих способів буріння ведуться постійно, але теоретичні дослідження рідко доходять до практичного втілення. Як правило, це пов'язано з тим, що концептуально інші машини неможливо довести до серійного виробництва зазвичай на увазі проблем фінансування робіт по доведенню експериментальних установок для промислового застосування. З економічної точки зору ефект від застосування новітніх технічних розробок відступає перед традиційно-монопольними способами буріння. На сьогоднішній день дана монополія зберігається на увазі інертності виробничого потенціалу і величезного морально-застарілого парку обладнання, що застосовується механічного буріння. Однак навчитися-технічний потенціал вже може запропонувати нові технології та технічні рішення кардинально здатні змінити ситуацію, що склалася «застою» продуктивності буріння.
Подібне теоретичне порівняння дає можливість говорити про потенціал створення на даному етапі науково-технічного розвитку гірничої техніки, бурового устаткування здатного значно підвищити швидкості буріння, а також у декілька разів скоротити масу машини в цілому.
Список літератури:
1. Г.І. Грицько «Про роль в економіці та про напрямки вдосконалення вугільних технологій». Журнал «Вугілля», 1998, 9 (с. 29-30).
2. Ковальчук А.Б. «Перспективи виробництва сучасної техніки». Ж-л «Вугілля», 2003, 4 (38-39).
3. В.А. Бреннер, А.Б. Жабін, А.Є. Пушкарьов «Гідроабразивне різання гірських порід». М, 2003.
4. Стаття «Удосконалення технології та засобів гідроабразивного різання міцних порід» В.Є. Бафталовскій, 2001.
5. В.А. Бреннер, І. П. Кавиршина «віброактивності руйнування гірських порід прохідницькими комбайнами». Тула, 2000.
6. Стаття «До питання про проведення гірничих виробок в умовах нестійких гірських порід» К.А. Головін. Тул. держ. ун-т, 2006.