Анализ направлений совершенствования вибрационных режимов работы СБШ

как доокислению вредных компонентов -

температура для этого достаточная, так и их разбавлению.

Анализ результатов исследований позволил установить:

1. Концентрация вредных компонентов в отработавших газах на разных режимах работы машин с ДВС при работе со второй ступенью газоочистки ниже чем при работе с одной ступенью газоочистки.

2. Эжектирование свежего воздуха во вторую ступень газоочистки позволяет снизить концентрацию вредных выхлопов и температуру отработавших газов.

1. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом (ПБ-06-111-95). - М.: НПО ОТБ, 1996. - с. 264.

3. Необходимое расчетное количество воздуха для разбавления отработавших газов до санитарных норм, по фактическим концентрациям вредных компонентов в отработавших газах, составляет для разных типов машин от 1,03 до 2,37 м3/мин на 1 л.с. Нормативное значение (5м3/мин на 1 л.с.) необходимого количества воздуха значительно выше расчетных.

4. Потребность внесения в графики ППР технологического автотранспорта рудника периодической очистки системы отвода отработавших газов от продуктов горения.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом (ПБ-03-553-03). -М.: НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России, 2003. - с. 199.

— Коротко об авторах ---------------------------------------------------

Алыменко Н.И. - главный научный сотрудник, доктор технических наук, НВП «Верхнекамье». Алыменко Д.Н. - доцент, кандидат технических наук, ПермГТУ.

------Ф

^-------

------------------------------------------ © К. А. Лукашов, 2005

УДК 622.232.002 К.А. Лукашов

АНАЛИЗ НАПРАВЛЕНИЙ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ВИБРАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СБШ

Семинар № 17

дним из основных технологических процессов открытой добычи полезного ископаемого в настоящее время продолжает оставаться бурение взрывных скважин с помощью самоходного оборудования. Наибольшее распространение в мире на открытых работах получил шарошечный способ бурения. Таким способом выполняется до 70% всех объемов работ. Поэтому техническое состояние шаро-

шечного бурового оборудования во многом определяет эффективность всего процесса технологии горного производства.

На горных предприятиях стран СНГ наиболее широко используются шарошечные буровые станки СБШ. Несмотря на значительный опыт производства и эксплуатации машин данного типоразмера, многие отечественные станки отстают от мирового уровня развития буро-

вой техники. Главными недостатками отечественных станков типа СБШ является: низкая надежность, производительность и комфортность. Кроме того, ситуация еще более усугубляется тем, что большинство станков, используемых на карьерах РФ, отработали свой ресурс, и их дальнейшая эксплуатация неизбежно сопровождается высокой аварийностью. Несмотря на указанные недостатки, главным преимуществом отечественных станков остается их доступность для потребителей и относительно невысокая стоимость в сравнении с зарубежными аналогами.

Производительность работы станков шарошечного бурения (техническая скорость бурения скважины Уб.т (м/ч)) для интервал крепости пород от 7 до 15 по шкале профессора Про-тодьяконова, может быть подсчитана эмпирическим путем по известным методикам, например, Р.Ю. Подэрни [1] или К.И. Иванова [2], которые устанавливают зависимости повышения производительности станков шарошечного бурения от осевой нагрузки и частоты вращения. Но в то же время, надежность работы станка, при интенсификации режимов бурения, существенно уменьшается (снижение стойкости долот, става и надежности привода). При значительной интенсификации режимов бурения существует возможность потери устойчивости става, в результате воздействия динамических нагрузок значительно превышающих допустимые нормы. Многочисленными исследованиями было установлено, что основной причиной низкой долговечности узлов станков шарошечного бурения и комплектующего оборудования, установленного на нем, является вибрация, возникающая в процессе бурения. Поэтому, целесообразно создание технических средств снижения вибрации, а также теоретическое и практическое обоснование их конструкций и параметров.

Известно большое число технических средств, использование которых направлено на: снижение вибрации машинного отделения и кабины, повышение ресурса узлов трансмиссии, снижение затрат на ремонт, повышение скорости бурения, повышение стойкости породоразрушающего инструмента.

Техническая реализация поставленных задач на сегодняшний день заключается в использовании: наддолотных амортизаторов;

демпфирующих амортизаторов между вращателем и буровым ставом; демпфирующих амортизаторов между канатом и гидроцилинд-

рами механизма подачи; пневмо-гидро аккумуляторов в напорных магистралях механизма подачи; наддолотных и межштанговых стабилизаторов.

Для выбора оптимальных параметров виброгасящих устройств необходимо качественно и количественно оценить характер вибраций возникающих при бурении. Известно, что вибрационный режим слагается из упругих вибраций самого става и возмущений, возникающих при перекатывании шарошечного долота по забою. Проведено большое число исследований [3, 4, 5] параметров вибрации, возникающей при работе СБШ, основанных на математических моделях, описывающих процесс бурения.

Так в работе [3] рассматривается способ установления величины продольных колебаний бурового става и его устойчивости, возникающих при работе станка, на основании математической модели процесса. Расчет частоты собственных колебаний става по предложенным уравнениям, проведенный для различных режимов бурения показал, что расчетные значения частот укладываются в спектр экспериментально измеренных (4 < / < 14 Гц).

На карьерах Центрального рудоуправления комбината “Ураласбест”, на станках 2СБШ 200, опытным путем производилась оценка параметров и спектра возникающих вибраций, и определение границ виброустойчивости. Было установлено, что значения вибрационных параметров бурения, полученные теоретическим путем, коррелируют с экспериментальными данными.

Однако, эксперименты показали значительное превышение фактических значений колебаний, возникающих при бурении пород, крепостью свыше 8 по шкале профессора Про-тодьяконова над допустимыми нормами.

Для снижения вибрационных параметров в работе [3] было предложено использование пружинных наддолотных амортизаторов, устанавливаемых между шарошечным долотом и буровым ставом. Выбор данного способа снижения вибрации был сделан на основании того, что повышения устойчивости системы можно добиться путем изменения ее динамических параметров.

Проведенные стендовые и промышленные испытания предложенного забойного амортизатора разработанного МГИ и ВНИИБТ на станках СБШ 250 показали, что его использование позволяет форсировать режим бурения и

тем самым повышать механическую скорость бурения до 50%.

Однако, испытания забойных амортизаторов на ОАО “ДГОК”, проведенные в 1996 г., показали их низкую эффективность из-за невысокой стойкости (ресурса) при работе на породах высокой крепости.

В работах [4,6] в качестве средства снижения вибрации, предаваемой через буровой став, предложено использование пневмо-гидравлических амортизаторов, устанавливаемых между вращателем и штангой. В работе [6] приводится строгий, с помощью методов теории колебаний, расчет продольных колебаний бурового става, как стержня с распределенными параметрами, с учетом дополнительного пневмо-гидравлического амортизатора. В результате расчета было получено и проанализировано уравнение для определения резонансных частот (1).

A -V-VЙОГ +[»«. m

где А^ - амплитуда колебаний верхней массы,

V - безразмерная частота внешнего возмущения.

Значения производных U

'

где i - безразмерный коэффициент вязкого сопротивления, 8 - характеризует «отстройку» системы от основного резонанса, при котором частота собственных колебаний верхней массы на упругом амортизаторе равна р.

Приведенные в [6] вычисления показывают, что действие дополнительного амортизатора существенно снижает первую собственную частоту и переводит систему в дорезонансный режим, а резонансные значения коэффициента динамичности продольных колебаний, передающихся от нижнего конца става к верхнему, невелики, особенно для второго и последующих резонансов, что объясняется достаточно большим вязким сопротивлением демпфера. Надо отметить также, что наличие такого

амортизатора может уменьшить колебания, предаваемые на кабину бурового станка, но решение этого вопроса требует учета дополнительных механических связей, достаточно мягких, между ставом и кабиной.

Испытания пневмо-гидравлического амортизатора проведенные Э.А. Загривым [4] показали, что его использование способствует снижению коэффициента жесткости системы подачи, повышает производительность бурения не менее чем на 18%, приводит к значительному снижению вибрации бурового става и станка в целом, создавая предпосылки дальнейшего форсирования режима бурения.

Использование упругих элементов, снижающих коэффициент жесткости системы подачи, позволяет снизить лишь продольные колебания става. Одним из способов защиты станка и скважин от динамических нагрузок, возникающих в результате увеличения поперечных вибраций штанги, является применение стабилизаторов устанавливаемых над долотом и между штангами [5]. Испытания таких устройств на карьерах стран СНГ, показали, что их установка способствует равномерному нагружению долота, лучшей очистке от шлама, снижению динамических нагрузок и соответственно увеличению стойкости и надежности работы узлов станка.

К числу средств, позволяющих интенсифицировать процесс бурения, относится так же и пневмоударник. В сентябре 2003 года на Восточном руднике ОАО «Апатит» были проведены исследования по определению влияния погружного пневмоударника (ППУ) на скорость бурения станком СБШ-250 МНА. В бригаду, проводящую измерения, вошли представители рудника и СПГГИ (ТУ). В соответствии с разработанной методикой, были проведены измерения скорости бурения станком СБШ-250 МНА при различных режимах его работы. Затем, на станок был установлен ППУ и проведены замеры скорости бурения в сопоставимых условиях. Результаты замеров представлены на рис. 1, рис. 2.

Анализ полученных данных показал, что использование ППУ при работе СБШ-250 МНА способствует повышению скорости бурения в среднем на 13% и приводит к увеличению стойкости долота ан 9-12 %.

Зависимость V от Рос

частота вращения долота 110 об/мин

Зависимость V от w

осевое усилие 20 т

0,400 0,350 -0,300 -0,250 -0,200 -0,150 -0,100 -0,050 0,000

0

♦ і А

4 Работа станка без ППУ ф Работа станка с ППУ Частота вращения пол А Работа станка без ППУ

Работа станка с ППУ

5

10

15

20

25

105 120

135

Рис. 1. Зависимость скорости бурения от осевого усилия.

Дальнейшая интенсификация процесса бурения возможна при создании средств, обладающих возможностью, изменять передний фронт ударного импульса в зависимости от типа разрушаемых пород, а также средств, позволяющих сглаживать ударную нагрузку. Техническая реализация задачи сглаживания ударной нагрузки возможна, например, за счет использования подпружиненного пневмоударника. Использование подпружиненного пневмоударника позволит обеспечить более плотное прилегание лезвий шарошки к забою с учетом его микрорельефа, что, в свою очередь, будет способствовать увеличению стойкости шарошеч-

Рис. 2. Зависимость скорости бурения от частоты вращения става.

ного долота и интенсификации процесса бурения.

На сегодняшний день представляет интерес возможность процессов работы динамической системы с одновременным применением демпфирования подвески бурового става и нанесения удара по долоту. К тому же, при качественном исследовании параметров вибрации появляется возможность настройки режимов работы ударника в противофазе с динамическими колебаниями системы. Решение данной задачи позволит значительно снизить вибрацию, увеличить производительность работ и стойкость долота.

--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Подэрни Р.Ю. Горные машины и комплексы для открытых работ ”Недра”. Москва, 1985. 55 с.

2. Иванов К.И., Латышев В.А., Андреев В.Д. Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых ”Недра”. Москва, 1987. 270 с.

3. Суханов А.Ф., Кутузов Б.Н., Шмидт Р.Г. Вибрация и надежность станков шарошечного бурения; "Недра”. Москва, 1969. С. 35 - 55.

4. Загривный Э.А. Исследование Электромеханических системстабилизации режимов работы карьерных станков шарошечного бурения // Автореферат диссертационной работы на соискание ученой степени к.т.н. ; СПГГИ. 1974. 25 с.

5. Рубцов С.К., Шлыков А.Г., Мальгин О.Н., Ше-метов П.А., Вахрушев Ю.П. Опыт применения наддо-лотных стабилизаторов при бурении взрывных скважин станками СБШ-250МН-32 на карьере “МУРУН-ТАУ” // Горный журнал. -2001. - №5. С. 73 - 75.

6. Ветюков М.М., Лукашов К.А. Расчет продольных колебаний бурового става с пневмогидравличе-ским амортизатором // В сб.: «Машины и механизмы ударного, периодического и вибрационного действия». Материалы II международного научного симпозиума. - Орел: ОрелГТУ, 2003, с.185-190.

— Коротко об авторах ------------------------------------

Лукашов К.А. — Санкт-Петербургский государственный горный институт.