СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОХОДЧЕСКИХ КОМБАЙНОВ Sandvik MR 620 (Alpine Miner AM 105-IC) и Sandvik MR 360 НА РУДНИКАХ АК « АЛРОСА».

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ САХА (ЯКУТИЯ)
ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ РЕСПУБЛИКИ САХА (ЯКУТИЯ)
«РЕГИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ В Г. МИРНОМ
ФИЛИАЛ «УДАЧНИНСКИЙ»

Научно-практическая конференция

«Научный поиск – шаг к успешной карьере»

Тема исследовательской работы:

СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОХОДЧЕСКИХ КОМБАЙНОВ Sandvik MR 620

(Alpine Miner AM 105-IC) и  Sandvik MR 360 НА РУДНИКАХ

 АК « АЛРОСА».

Вершинин Николай Евгеньевич

Студент группы Пр16/9У

(Проходчик)

Емельянова Алена Валерьевна

г. Удачный 2017

«Сравнительное исследование и обоснование применения проходческих комбайнов Sandvik MR 620 (Alpine Miner AM 105-IC) И  Sandvik MR 360 на рудниках

 АК « АЛРОСА»».

Автор: Вершинин Николай Евгеньевич, студент группы Пр16/9У

(2 курс, Проходчик) ГАПОУ РС (Я) МРТК, филиал «Удачнинский»

План исследования

Крупнейшая в Российской Федерации компания, занимающаяся разведкой, добычей, обработкой и реализацией алмазов.

 Основные объекты АЛРОСА по добыче и обработке алмазного сырья располагаются в двух российских регионах: в Республике Саха (Якутии), где компания  ведет добычу в карьерах, рудниках и на россыпях, а также в Архангельской области на северо-западе Российской Федерации, где добыча ведется карьерным способом. Всего в активе компании – 11 кимберлитовых трубок и 16 россыпных месторождений.

Для разработки месторождений подземным способом в компании используют различные проходческие комплексы.

Объект исследования:

          Проходческие комбайны Sandvik MR 620 (Alpine Miner AM 105-IC) , Sandvik MR 360, ПК-8 , «УРАЛ -20 Р», 4 ПУ.

Гипотеза:

         Проходческие комбайны избирательного действия Sandvik MR 620 (Alpine Miner AM 105-IC) и  Sandvik MR 360  являются эффективными по техническим и экономическим показателям для работы на якутских рудниках АК  «АЛРОСА», по сравнению с комбайнами бурового действия ПК-8, «УРАЛ – 20Р» и комбайном избирательного действия 4 ПУ.

Цель исследования:

        Определить техническую и экономическую выгоду и целесообразность использования стреловидных проходческих комбайнов Sandvik MR 620 и  Sandvik MR 360  для  работы на якутских рудниках АК « АЛРОСА», в сравнении с комбайнами бурового действия ПК-8, «УРАЛ – 20Р» и комбайном избирательного действия 4 ПУ.

Задачи исследования:

1. Ознакомиться с комбайновым способом проведения горных выработок.
2. Рассмотреть классификацию проходческих комбайнов.
3. Рассмотреть характеристики проходческих комбайнов Sandvik MR 620 , Sandvik MR 360, ПК-8, 4 ПУ и «УРАЛ – 20Р».
4. Произвести примерный расчет технической производительности проходческого комбайна избирательного действия.
5. Построить диаграмму, сравнительную таблицу и провести анализ всех исследуемых комбайнов.
6. Сделать вывод на основе полученных данных

Метод исследования:

      1. Проблемно поисковый

      2. Сравнительный анализ

Вывод по результатам исследования:

        Выбор АК «АЛРОСА» комбайнов Sandvik MR 360 и Sandvik MR 620 для разработки горных выработок подземным способом, технически обоснован совокупностью всех технико-экономических факторов и он является выгоден для работы на якутских рудниках АК «АЛРОСА».

Содержание

«Сравнительное исследование и обоснование применения проходческих комбайнов Sandvik MR 620 (Alpine Miner AM 105-IC) И  Sandvik MR 360 на рудниках

 АК « АЛРОСА»».

Автор: Вершинин Николай Евгеньевич, студент группы Пр16/9У

(2 курс, Проходчик) ГАПОУ РС (Я) МРТК, филиал «Удачнинский»

Введение

В середине 50-х годов были открыты богатейшие коренные месторождения алмазов в Якутии, где было на сегодняшний день обнаружено около 1500 кимберлитовых трубок. Разработкой месторождений Якутии занимается российская компания «АЛРОСА», которая добывает 99% алмазов в Российской Федерации и более четверти в мире. Основные объекты АК «АЛРОСА» по добыче и обработке алмазного сырья располагаются в Республике Саха (Якутии), где АК ведет добычу в карьерах и  рудниках. Всего в активе компании – 11 кимберлитовых трубок и 16 россыпных месторождений.

Для разработки месторождений подземным способом АК «АЛРОСА» использует проходческие комбайны, предназначенные для механизации работ по добыче руды подземным способом. Проходческий комбайн - это комбинированная машина, механизирующая операции по отделению от массива полезного ископаемого или породы и погрузке его на транспортные средства при проведении выработок.

АК «АЛРОСА», производит добычу алмазоносной руды в тесном техническом сотрудничестве с машиностроительной компанией Sandvik ,которая  поставляет  в адрес акционерной компании  проходческие  комбайны. Комбайны Sandvik работают на всех  подземных рудниках АК "АЛРОСА" (рудники "Интернациональный", "Айхал" и  "Удачный"). За последнее время заводы Sandvik  в общей сложности поставили 17 комбайнов для АК "АЛРОСА", из них:

• 11 комбайнов типа АМ-75 (или MR360),
• 6 комбайнов типа АМ-105 (или MR620).

«Сравнительное исследование и обоснование применения проходческих комбайнов Sandvik MR 620 (Alpine Miner AM 105-IC) И  Sandvik MR 360 на рудниках

 АК « АЛРОСА»».

Автор: Вершинин Николай Евгеньевич, студент группы Пр16/9У

2. курс, Проходчик) ГАПОУ РС (Я) МРТК, филиал «Удачнинский»

                            I.  Ознакомительная часть.

1.    Комбайновый способ проведения горных выработок.

При комбайновом способе проведения горных выработок существенно сокращается число основных процессов проходческого цикла по сравнению с буровзрывной технологией. По существу технология строительства сводится к механическому разрушению массива, погрузке и транспортировке породы, что можно выполнять одновременно с возведением постоянной крепи. Такие процессы, как бурение шпуров, заряжание и взрывание, проветривание и приведение забоя в безопасное состояние после взрывания, исключаются из проходческого цикла.

Основными достоинствами комбайнового способа проведения горных выработок являются:

- полная механизация и совмещение по времени основных процессов выемки и погрузки горной массы, при применении временных передвижных крепей с этими работами совмещают также возведение постоянной крепи;

- выемка породы производится в пределах проектного контура выработки без нарушения целостности окружающего массива;

- увеличение темпов проходки и производительности труда рабочих в 2-2,5 раза по сравнению с буровзрывным способом:

- снижение стоимости строительства;

- повышение безопасности и улучшение санитарных условий работ.

Эффективность работы проходческих комбайнов зависит не только от прочностных свойств пород, но и в значительной степени от их абразивности, так как последняя изнашивает породоразрушающий инструмент, изменяя его геометрию, обусловливает рост усилий, действующих на комбайн в целом.

2. Классификация проходческих комбайнов.

Применяемые в настоящее время в промышленных условиях проходческие комбайны делятся на две группы: бурового действия (роторные) и избирательного действия (стреловидные).

                          Проходческие комбайны бурового действия:

Комбайны бурового действия могут разрушать породы прочностью до 150 МПа и более. Они работают по принципу распорно-шагающих механизмов и обеспечивают проведение выработок круглой формы. Проходческие комбайны бурового действия имеют роторный исполнительный орган, объединяющий функции разрушения породы, погрузки и транспортировки, снабженный шарошками лобового резания, погрузочными ковшами и ленточным конвейером. Роторный исполнительный орган разрушает породу шарошками одновременно по всей площади забоя. Структурно-компоновочная схема проходческого комбайна с буровым исполнительным органом представлена на рис. 1.

Рис.1  Роторный проходческий комбайн.

 1- роторный исполнительный орган, 2- бермовые фрезы; 3- привод роторного исполнительного органа и бермовых фрез; 4- щит ограждения; 5- несущая рама комбайна; 6- ходовая часть гусеничного или распорно-шагающего типа;

       Проходческие комбайны избирательного действия (стреловидные).

Практический интерес для горнодобывающих предприятий, в том числе и АК «АЛРОСА», представляют стреловидные проходческие комбайны (избирательного действия), которые позволяют полностью механизировать процесс отбойки и погрузки горной массы. Мощные самоходные агрегаты снабжены режущей головкой и погрузочным органом. Комбайны имеют гусеничный ход, но существуют модификации на пневмоколесном и рельсовом ходу. Отличительные особенности этой группы комбайнов — цикличность работы и возможность избирательной обработки забоя — раздельная выемка полезного ископаемого и породы (при проведении выработки по пласту полезного ископаемого с присечкой боковых пород). Так как размеры исполнительных органов проходческих комбайнов избирательного действия значительно меньше размеров проводимой выработки, исполнительный, орган для обработки всей поверхности забоя должен многократно перемещаться в горизонтальном и вертикальном направлениях. Оснащается системой  дистанционного и автоматического управления. Структурно-компоновочная схема рассматриваемого класса машин имеет практически один и тот же состав для большинства моделей.

        Рис. 2. Схема стреловидного проходческого комбайна.

1- стреловидный исполнительный орган; 2- система подвески стреловидного исполнительного органа; 3- корпус машины или несущая рама; 4- ходовая часть, как правило, гусеничного типа; 5- погрузочный орган- парные нагребающие лапы; 6- конвейер; 7- гидро- и электрооборудование комбайна.

3. Характеристики проходческих комбайнов, краткий обзор, описание:

3.1.Проходческие комбайны Sandvik :

Проходческие комбайны избирательного действия Sandvik являются мощными машинами спроектированными для проходки выработок, камер и тоннелей с разными формами сечения без применения взрывчатки. Комбайны оснащены мощными режущими коронками поперечного вращения. Комбайны серии MR оснащены электрогидравлическим приводом, имеют систему орошения и широко используются на проходке выработок на рудника АК «АЛРОСА». Тяжёлые проходческие комбайны MR620 (ранее называвшиеся AM 105) довольно широко распространены на проходке выработок большого сечения (шириной 7.2 м и высотой 5.0 м). На комбайне установлена стрела с фрезерной коронкой, которая снабжена режущими инструментами — зубцами.

3.2. Проходческий комбайн 4 ПУ:

Предназначен для проведения горизонтальных и наклонных (до ±10°) подготовительных горных выработок по смешанному забою. Комбайном проводятся выработки трапециевидной, прямоугольной или арочной формы.

                                    3.3. Комбайн ПК-8.

Областью применения комбайнов являются капитальные, подготовительные и очистные выработки рудников, опасных по газу метану. Комбайны осуществляют отбойку горной массы, выгрузку ее из забоя и погрузку в транспортные средства, устанавливаемые за комбайнами. Комбайн представляет собой самоходную машину, осуществляющей подачу комбайна на забой при работе и перемещение его по выработкам при маневрах. Разрушение забоя производится резцами, которыми оснащены бур, фрезы и отрезные барабаны.

3.4. Комбайн  проходческо-очистной «УРАЛ-20Р»:

Комбайн проходческо-очистной «Урал-20Р» предназначен для применения на очистных работах в камерах и проходки выработок овально-арочной формы по пластам горных пород мощностью 3,0-3,7 м. Данные машины оснащены гусеничным ходовым оборудованием и комбинироваными породоразрушающими исполнительными органами. При работе этого комбайна большая часть забоя обрабатывается резцами поворотных дисков пространственных планетарных исполнительных органов.

«Сравнительное исследование и обоснование применения проходческих комбайнов Sandvik MR 620 (Alpine Miner AM 105-IC) И  Sandvik MR 360 на рудниках

 АК « АЛРОСА»».

Автор: Вершинин Николай Евгеньевич, студент группы Пр16/9У

(2 курс, Проходчик) ГАПОУ РС (Я) МРТК, филиал «Удачнинский»

   II.Исследовательская часть

4.  Примерный расчет технической производительности проходческого комбайна избирательного действия:

4.1.  Расчет площади сечения выработки:

Площадь сечения выработки  это площадь, которая соответствует значению величины сечения выработки без крепления и различных вспомогательных коммуникаций. Определение площади сечения выработки  необходимо сделать для выбора проходческого оборудования (комбайна).

Проходческий комбайн выбирается из условий соответствия требованиям:

- площади сечения выработки;

- крепости пород;

- безопасности ведения работ.

Для производства расчёта принимаем следующие значения показателей:

форма сечения выработки;

длина выработки (l, м) 350;

угол наклона выработки ( град) 9;

высота (h, м) 2,1;

ширина выработки по верху (bв, м) 2,8;

ширина выработки по низу (bн, м) 2,8;

Следовательно, площадь сечения выработки, будет равна:

S = h×b;

S = 2,8*2,1=5,88 м2

С учетом формы сечения выработки лучше выбрать проходческий комбайн с исполнительным органом избирательного действия.

4.2. Выбор проходческого оборудования.

По результатам расчета площади сечения выработки предварительно, без учета коэффициента крепости, можно выбрать комбайн избирательного действия, например- тип 4ПУ. Так как АК «АЛРОСА» развивается быстрыми темпами в области подземных разработок, и сотрудничает с фирмами по производству нового технологического  проходческого оборудования для своих рудников, с целью максимального увеличения производительности по добыче горной породы и обеспечению качества и безопасности работы , приоритетный выбор АК сделала в пользу проходческих комбайнов фирмы  Sandvik MR 620 и Sandvik MR 360  .

4.3.Расчет технической производительности проходческого комбайна:

Для проходческих комбайнов, как и для очистных, различают теоретическую и техническую  производительность.

4.3.1.Определяем теоретическую производительность Q (м3/мин) проходческих комбайнов  с исполнительным органом избирательного действия :

Q=60*0.5м*0.415м*0.023м/с*1=0.286 м3/мин,

где d - значение среднего диаметра исполнительного органа, м;

Bз -ширина захвата коронки исполнительного органа (и.о), м. и зависит от размера сечения выработки и диаметра и.о.;

vx(y) - скорость перемещения коронки соответственно в горизонтальной или вертикальной плоскости (при расчетах принимается одно, большее значение), м/с;

zио - число одновременно работающих исполнительных органов (коронок).

4.3.2. Техническая производительность QТ проходческих комбайнов  определяется в метрах кубических или в тоннах за 1 час работы.

Qт = 60*Q* kТ ;

Qт=60*0.286*0.977=0.279 м3/мин;

где kТ - коэффициент технически возможной непрерывной работы комбайна. В свою очередь:

  Кт=(0,895 -1.192/8.5) = 0,977 , где

kГ – 0,895м, коэффициент готовности комбайна; Значение коэффициента готовности kГ по эксплуатационным данным имеет значение от 0,88 до 0, 91. Коэффициента готовности комбайна выше, чем у комплекса. Чем качественнее сделано оборудование, тем выше коэффициент готовности.

tP – 8,5 мин, чистое время работы комбайна за цикл по разрушению пород забоя;

tп.к – 1,192 мин, время простоев комбайна за рабочий цикл;

Итак, Qт = 0.279 м3/мин ;

Данный расчет приведен, как примерный расчет , технической производительности проходческих комбайнов. Все данные по технической производительности приведены в справочной литературе.

 5. Сравнительные характеристики комбайнов:

5.1. Сравнительная характеристика по технической производительности.

Таким образом, определив техническую производительность для проходческих комбайнов роторного типа и избирательного действия (типы комбайнов приводим более используемых на шахтах РФ), составляем две сравнительные таблицы:

Таблица 5.1. Проходческие роторные комбайны

Таблица 5.2. Проходческие комбайны избирательного действия (с резцовой коронкой на стреле и нагребными лапами)

Составим сравнительные диаграммы технической производительности проходческих комбайнов на основании вышеуказанных таблиц, используемых горной промышленностью РФ для добычи руды подземным методом. Подземные рудники АК "АЛРОСА" используют комбайны Sandvik. По вертикальной направляющей располагается шкала технической производительности проходческих комбайнов, по горизонтальной – тип и марка.

Рис.3 Сравнительная диаграмма технической эксплуатации проходческих комбайнов.

Анализируя, полученную мной диаграмму, можно утверждать, что выбранные комбайны Sandvik MR 360 и MR 360 для проходки горной массы АК «АЛРОСА» по технической производительности  подходят  для качественной и продуктивной работы в рудниках компании. Не смотря на высокий показатель тех.производительности, комбайн  «Урал-20Р» не целесообразно эксплуатировать на рудниках  (по форме сечения выработки , по траектории залегания рудного тела, ограниченная мобильность и др.причин описанных в данной работе). Для подтверждения правильности выбора АК «АЛРОСА»  комбайнов Sandvik MR 360 и MR 360  для своих рудников, составим сравнительную таблицу:

Таблица 5.3 Сравнительно-аналитическая таблица проходческих комбайнов.

Данная сравнительная таблица, наглядно отображает все технические  преимущества, а так же снижение трудоемкости при монтаже и ремонтах, высокая маневренность, быстрый  перевод в другой забой без перемонтажа, совокупность этих факторов влечет за собой повышение производительности и непосредственную экономическую выгоду при использовании комбайнов серии  Sandvik MR на  рудниках АК «АЛРОСА».

«Сравнительное исследование и обоснование применения проходческих комбайнов Sandvik MR 620 (Alpine Miner AM 105-IC) И  Sandvik MR 360 на рудниках

 АК « АЛРОСА»».

Автор: Вершинин Николай Евгеньевич, студент группы Пр16/9У

(2 курс, Проходчик) ГАПОУ РС (Я) МРТК, филиал «Удачнинский»

Заключение

В связи с высокой стоимостью и большими затратами времени на монтажные работы комбайны бурового действия, несмотря на их высокую техническую производительность, целесообразней применять только при проведении длинных мало искривлённых выработок. Проходческие комбайны бурового действия не эффективны для работы в рудниках Якутии (ограниченная мобильность, исполнительный орган загораживает все сечение выработки, требуется большой радиус поворота, необходимость замены роторного исполнительного органа при изменении размеров выработки, высокая трудоемкость монтажных работ и др., изложенные в сравнительной таблице данной работы. В настоящее время их, как правило, применяют для проведения длинных тоннелей (метро и др.) и реже - выработок в шахтах.

Поэтому, выбор АК «АЛРОСА» комбайнов Sandvik MR 360 и Sandvik MR 620 для разработки горных выработок подземным способом, технически обоснован совокупностью всех технико-экономических факторов.

Включая вышеперечисленные в сравнительной таблице преимущества стреловидные комбайны более применимы для добычи руды в условиях рудников АК «АЛРОСА», принимая во внимание, залегания пластов алмазоносной руды (не прямолинейное), более низкую стоимость и затраты времени на монтажные работы этого вида комбайнов.

Материал, изложенный в данной работе носит по содержанию расчетный и исследовательский характер. Поэтому использование новейших машин и агрегатов в разработке подземных горных выработок имеет большое значение. Одновременно необходимо улучшать технико-экономические показатели эксплуатации проходческих установок путем внедрения наиболее современных технических решений, автоматизации, модернизации действующего оборудования, повышения производительности труда, качества эксплуатации и ремонта.

Решения по вопросам ускорения научно-технического прогресса обязывают держать в центре внимания вопросы технического перевооружения производства, создание и внедрение новой техники, повышение культуры эксплуатации оборудования.

Список используемой литературы:

1. Источник: Барон Л. И., Глатман Л. Б., Загорский С. Л., Разрушение горных пород проходческими комбайнами, Москва.1998 г.
2.  «Горная промышленность». Научно-технический журнал  о достижениях и проблемах в горнодобывающей отрасли,2017 г.
3. Источник: Несмотряев В.И., Федоренко П.И., Шехурдин В.К.,Горное дело. Учебник для техникумов, Москва, «Недра», 1987 г.
4. Грабчаг Л.Г., Ш.Б.Багдасаров,А.П.Карпиков, Горноразведочные работы, Москва, «Высшая школа», 2003 г.
5. Источник: https://mining-media.ru/ru/article/podzemmash/148-sovremennoe-oborudovanie-kompanii-sandvik-dlya-ugolnykh-shakh.
6. Источник: http://docplayer.ru/26702683-Oborudovanie-dlya-podzemnyh-gornyh-rabot-katalog-2010-g.html.
7. Источник: http://zavodfoto.mirtesen.ru/blog?t=АК АЛРОСА.

Приложение №1

Перечень таблиц технических характеристик проходческих комбайнов, рассмотренных в данной работе.

Таблица 1.Технические характеристики Sandvik MR 620 (Alpine Miner AM 105-IC):

Таблица 2.Технические характеристики Sandvik MR 360

Таблица 3. Технические характеристики 4ПУ

Таблица 4. Технические характеристики комбайнов  «УРАЛ-20Р»

Таблица 5. Технические характеристики ПК-8