Выбор гидравлической схемы для оптимальной работы забоечной машины

Т.С. Сахапова, А.С. Караваев, О.В. Сидоров, В.А. Тихонов
ООО «АЗОТТЕХ», г. Москва, Российская Федерация
Горная Промышленность №1 / 2022 стр. 59-64

Резюме: Забойка скважин оказывает существенное влияние на взрывные работы. В зависимости от забоечного материала применяется разный тип оборудования, один из которых описан в настоящей статье. В статье представлена модель забоечной машины ЗМ-7-Г компании ООО «АЗОТТЕХ», предназначенной для механизированной забойки сыпучим компонентом. Забоечная машина дополняет комплекс машин для механизации взрывных работ и повышения эффективности взрыва, уменьшения зоны разлета кусков горной массы, а также улучшения экологической обстановки в районах карьеров. На основе данной модели приведен выбор оптимальной гидравлической схемы с учетом расхода гидравлической жидкости и давления предохранительных клапанов, настроенных на определенное значение. Применение гидравлической схемы с разделением потоков гидравлической жидкости обеспечивает эффективное обслуживание и экономный расход гидравлической жидкости, корректную работу КМУ с заявленной грузоподъемностью, а также безопасную работу всех исполнительных механизмов. Сделаны выводы по работе крано-манипуляторной установки с грейфером, а также представлено описание гидравлической системы выбранной схемы.

Ключевые слова: забоечная машины, забойка скважин, гидравлическое оборудование, взрывные работы, забоечный материал, крано-манипуляторная установка

Для цитирования: Сахапова Т.С., Караваев А.С., Сидоров О.В., Тихонов В.А. Выбор гидравлической схемы для оптимальной работы забоечной машины. Горная промышленность. 2022;(1):59–64. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2022-1-59-64

Информация о статье

Поступила в редакцию: 22.01.2022

Поступила после рецензирования: 16.02.2022

Принята к публикации: 17.02.2022

Информация об авторах

Сахапова Татьяна Сергеевна – технический писатель ООО «АЗОТТЕХ», г. Москва, Российская Федерация; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Караваев Андрей Сергеевич – ведущий инженер-конструктор гидравлических и пневматических систем ООО «АЗОТТЕХ», г. Москва, Российская Федерация Сидоров Олег Владимирович – руководитель направления специального оборудования ООО «АЗОТТЕХ», г. Москва, Российская Федерация

Тихонов Виталий Александрович – генеральный директор ООО «АЗОТТЕХ», г. Москва, Российская Федерация

Введение.

Влияние забойки на взрывные работы

Развитие горной промышленности подразумевает под собой ряд больших исследований и открытий, внедрение новых технологий и использование усовершенствованных устройств для ведения буровзрывных работ. При открытых горных работах существенная роль отводится качеству взрыва, так как взрыв обеспечивает уровень подготовки горных масс к выемке, безопасность людей, машин и механизмов [1]. Чтобы подобрать тот или иной метод взрывных работ, необходимо проводить геологическую оценку месторождений, оценку предрасположенности этих пород к взрывному разрушению, проектировать буровзрывные работы (БВР), проводить расчёт стоимости применения определенного метода, способа взрыва и использования погрузочно-транспортного оборудования.

Основными требованиями к взрывным работам [2] являются:

1. Обеспечение оптимальных размеров кусков разрушенной породы;

2. Создание оптимальных форм и размеров развала горной массы;

3. Обеспечение ритмичной и бесперебойной работы горного предприятия за счет создания необходимого запаса взорванных пород и планирования работы в карьере;

4. Безопасность и экономичность буровзрывных работ.

Существенную роль в работе взрыва играет забойка скважин забоечным материалом. В работах [3–6] отмечено, что основное влияние забойки идет на полноту детонации ВВ, эффективность дробления горных пород, выделение наибольшего количества энергии заряда с определенными параметрами, продолжительность импульса и степень использования энергии взрыва. Кроме того, забойка скважин предотвращает опасный разброс кусков породы газами взрыва в процессе их истечения через устье скважин и влияет на безопасность взрывных работ.

В качестве забоечного материла могут применять разные смеси и вещества, но именно материал влияет на обеспечение высокой эффективности взрыва, на удобство в обращении, возможность механизации работ по забойке, а также стоимость БВР. В табл. 1 представлены перечень забоечных материалов и то влияние, которое они оказывают на взрыв [7].

Таблица 1 Эффективность применения забоечного материала

Table 1 Iciency of stemming material application

Зачастую при выборе материала применяют такую забойку, которая при минимальных материальных и трудовых издержках производства создает максимальную прибыль с привлечением более механизированного способа заполнения скважины.

Существует большое число устройств и изобретений [8–12] для забойки скважин разными способами, одним из которых является применение забоечных машин. В настоящей статье представлено устройство для транспортирования забоечного материала и механизированной забойки вертикальных и наклонных (до 30°) взрывных скважин диаметром от 160 мм и более. Описаны основные характеристики данной машины и выбор оптимальной гидравлической схемы для управления основными механизмами.

При использовании данной забоечной машины в качестве забоечного материала используются песчано-гравийная смесь, щебень, отходы обогатительных фабрик и другой подобный материал с размерами фракции до 40 мм, а также другой сыпучий материал, допущенный Ростехнадзором России к применению.

Основные характеристики забоечной машины

Забоечная машина (рис. 1) представляет собой специальное навесное оборудование с гидравлическим приводом исполнительных механизмов и электронно-гидравлической системой управления, смонтированное на шасси грузового автомобиля. Дополнительно забоечная машина укомплектована гидравлическим манипулятором с грейфером для самостоятельной погрузки материалов в бункер для забоечного материала.

Рис. 1 Внешний вид забоечной машины: 1 – рама, 2 – бункер, 3, 4 – вал питателей, 5 – лоток, 6 – гидравлический бак, 7 – натяжное устройство, 8 – козырек, 9 – кронштейн ГЦ, 10 – кожух, 11 (условно, не показаны) – заслонка, 12 (условно, не показаны) – шкаф управления, 13 – просеивающая решетка, 14 – лестница, 15 – шасси с КМУ, 16 – редуктор, 17 – гидроцилиндр, 18 – звездочка, 19 – подшипниковые узлы, 20 – цепь

Fig. 1 Layout of the stemming truck: 1 – frame, 2 – hopper, 3, 4 – feeder shaft, 5 – tray, 6 – hydraulic tank, 7 – tensioning device, 8 – protective visor, 9 – bracket, 10 – cover, 11 (conditionally, not shown) – flap, 12 (conditionally, not shown) – control cabinet, 13 – screening grid, 14 – ladder, 15 – chassis with telescopic crane, 16 – gearbox, 17 – hydraulic cylinder, 18 – sprocket, 19 – bearing units, 20 – chain

В состав навесного оборудования входят:

– рама, закрепленная на шасси грузового автомобиля, с установленным на ней технологическим оборудованием;

– подрамник и крано-манипуляторная установка с грейфером (КМУ) для сыпучих материалов, находящиеся за кабиной шасси грузового автомобиля;

– система подачи забоечного материала, состоящая из бункера с несколькими отсеками, скребкового питателя с гидравлическим приводом, лотка для выгрузки забоечного материала;

– гидравлическая система, состоящая из гидравлического бака, насоса, манометра, воздушно-масляного охладителя гидравлической жидкости, датчика давления, фильтров, РВД и гидрораспределителя с электромагнитными клапанами;

– электрооборудование, соединенное с коробкой отбора мощности (КОМ) ТС, которое включает в себя: сигнальный фонарь на крыше кабины, электромагнитные клапаны гидрораспределителей, освещение рабочей зоны;

– пульт управления с дисплеем (в кабине водителя и внешний с левой стороны автомобиля).Загрузка сыпучим забоечным материалом осуществляется в специально отведенных местах с помощью грейфера: щебень, песок и другой забоечный материал загружаются КМУ и подаются в отсек бункера через просыпную решетку. Сверхмерный материал, не прошедший сквозь решетку, ссыпается на землю. Крупная фракция ссыпается в передний бункер, а мелкодисперсный сыпучий материал подается в задний бункер для обеспечения попеременной подачи разной фракции забоечного материала в скважину. В данной конструкции допускается применение одинаковой фракции в оба бункера. Забоечная машина самостоятельно перемещается от скважины к скважине, транспортирует к скважине забоечный материал и производит забойку скважин с помощью скребковых питателей через откидной лоток. На дне бункеров установлены скребковые питатели, выдающие забоечный материал на общий поворотный лоток. Управление приводами питателей и лотка – электрическое и осуществляется с помощью пультов управления, установленных в кабине автомобиля и рядом с бункером. Опускание лотка происходит за счет гидроцилиндра. Управление основных механизмов – гидравлическое.

Для подачи материала в скважину необходимо разложить и зафиксировать борта на лотке и открыть заслонку конвейера вручную. Выбор питателя осуществляется посредством кнопок управления на пульте. Перед началом работы задается производительность питателя, происходит запуск устройства и засыпка забоечным материалом. Данная машина, оборудованная бункером для крупнокусковых и мелкодисперсных материалов, а также имеющая возможность применять одинаковые фракции забоечного материала, обеспечивает высокую производительность и сниженную трудоемкость при формировании способа забойки. Это происходит за счет выдачи забоечного материала в одну точку, обеспечивая длительную замкнутость зарядной полости и выделение наибольшего количества энергии взрыва.

Основные технические характеристики забоечной машины ЗМ-7-Г производства ООО «АЗОТТЕХ» представлены в табл. 2.

Таблица 2 Основные характеристики забоечной машины ЗМ-7-Г компании ООО «АЗОТТЕХ»

Table 2 Key specifications of the ZM-7-G stemming truck by AZOTTEKH LLC

Выбор гидравлической схемы

Управление технологическим оборудованием осуществляется с помощью гидравлической системы, в состав которой входят бак, насос аксиально-поршневой, гидрораспределитель, гидромоторы, гидроцилиндр, фильтры напорный и сливной, тормозной клапан, делитель потока, кран 3-ходовой, датчик давления, РВД. Питатель и конвейер приводятся в движение при помощи гидромоторов, лотки и грейфер – при помощи гидроцилиндров, заслонки открываются вручную.

Аксиально-поршневой насос с постоянным рабочим объемом обеспечивает подачу мощности гидравлической жидкости в гидрораспределитель. Далее гидрораспределитель делит мощность между рабочими органами с помощью секций (каждая секция отвечает за свой рабочий орган): гидроцилиндр лотка; два гидромотора, являющихся приводами скребковых питателей. Секции гидрораспределителя оснащены электромагнитным управлением, что обеспечивает удобное управление из кабины машины.

Для этой цели в машине установлен пульт управления, который позволяет включать/выключать исполнительные механизмы (питатели, гидроцилиндр лотка), задавать производительность питателей и т.д. Модификация выбранного гидрораспределителя включает в себя рычажные механизмы типа LM с ограничителями расхода портов рабочих секций. Эти узлы дают возможность индивидуально настроить каждую секцию, исходя из расхода гидравлической жидкости. Таким образом, гидрораспределитель обеспечивает подачу нужного объема гидравлического масла в нужную секцию для работы того или иного оборудования забоечной машины. На сливной линии от гидрораспределителя в бак находятся воздушно-масляный охладитель гидравлической жидкости и сливной фильтр.

Рис. 2 Основные схемы гидравлической системы забоечной машины с разным подключением КМУ с грейфером

Fig. 2 Basic hydraulic system diagrams of the stemming truck with different connections to the crane and the clamp bucket

Описание системы соответствует схеме 1, рис. 2. Крано-манипуляторная установка имеет свою гидравлическую систему и подключена к общей схеме через 3-ходовой кран, который за счет своего переключения обеспечивает распределение потока гидравлического масла между основной системой машины и КМУ. Схема 2 отличается от схемы 1 тем, что КМУ подключена к дополнительной секции гидрораспределителя. При расчете расхода гидравлического масла в первом случае получается 155 л/мин, а при подключении КМУ к дополнительной секции – 220 л/мин.

Работа КМУ – периодическая, происходит при загрузке забоечного материла в бункеры перед началом работы. При подаче забоечного материала в скважину грейфер не работает. Соответственно, управление в первом случае будет осуществляться с отдельной панели управления, не расходуя гидравлическую жидкость через общий гидрораспределитель, а направляя масло отдельно с заданной подачей. Во втором случае управление КМУ будет осуществляться через общий гидрораспределитель, заполняя все секции маслом и используя полный расход 220 л/мин. Кроме того, предохранительный клапан гидрораспределителя настроен на 160 бар, а максимальное давление всей установки – 200 бар. Значение не соответствует заявленному давлению предохранительного клапана гидравлической системы КМУ, так как это давление рассчитано на 350 бар. Поэтому при управлении КМУ от общей схемы гидрораспределителя теряется заявленная мощность по грузоподъемности грейфера на 46% от номинальной, и возможен выход из строя всех приводов из-за превышения номинального значения гидрораспределителя.

Схема 1 с распределением потока гидравлической жидкости более экономична, эффективна, безопасна и целесообразна. В табл. 3 представлены значения настройки гидравлической системы для схемы 1.

Таблица 3 Настройка гидравлической системы

Table 3 Adjustment of the hydraulic system

Заключение

Исследования [7], определяющие эффективность типов забойки и способы ее осуществления, показывают, что наиболее широко применяются сыпучие забойки скважинных зарядов. В качестве забоечного материла в основном применяют песок, щебень, гранулированный доменный шлак и др. Силы внутреннего трения обеспечивают высокую величину и способ сопротивления выталкивающему действию продуктов взрыва.

Для механизированной забойки сыпучим забоечным материалом применяется забоечная машина, описание, конструкция и расчет гидравлической системы которой соответствуют Забоечной машине ЗМ-7-Г компании ООО «АЗОТТЕХ». В данной статье приведен пример устройства, который выполняет все требования применения такого типа машин при взрывных работах.

Забоечная машина дополняет комплекс машин для механизации взрывных работ и повышения эффективности взрыва, уменьшение зоны разлета кусков горной массы, а также улучшения экологической обстановки в районах карьеров.

Машина отвечает требованиям ГОСТ 12.1.004–91, ГОСТ 12.2.106–85, СП 37.13330.2012, Федеральным нормам и правилам в области промышленной безопасности «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых» (Утверждены приказом №505 Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от «08» декабря 2020 г.), Федеральным нормам и правилам в области промышленной безопасности «Правила безопасности при производстве, хранении и применении взрывчатых материалов промышленного назначения» (Утверждены приказом №494 Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от «03» декабря 2020 г.). Применение гидравлической схемы с разделением потоков гидравлической жидкости обеспечивает эффективное обслуживание и экономный расход гидравлической жидкости, корректную работу КМУ с заявленной грузоподъемностью, а также безопасную работу всех исполнительных механизмов.

Компания ООО «АЗОТТЕХ» разрабатывает специальное оборудование для буровзрывных работ, в которое входят смесительно-зарядные машины, забоечные машины, эмульсионные заводы и мини-заводы, занимается поставками промышленных взрывчатых веществ и химии для БВР, электронными системами инициирования, маркшейдерией и геодезией с применением БПЛА. Большой опыт компании позволяет предоставлять услуги на высоком уровне с применением новейших разработок и наличием современной производственной базы. Качество оборудования напрямую зависит от материалов, которые используются при создании того или иного продукта. Сегодня ООО «АЗОТТЕХ» гордится своими работами, сервисом и исследованиями, которые совершенствуют и улучшают базу машиностроительного производства.

Список литературы

1. Караманов А.Н., Искандаров Ж.Р., Мардонов А., Хайитов О.Г. Оценка влияния качества взрыва на процессы открытых горных работ. В: Global science and innovations 2019: Central Asia: International Scientific Conference, Nur-Sultan, Kazakhstan, May 9–13, 2019. Нур-Султан; 2019. Т. 9. С. 79–82.

2. Оника С.Г., Стасевич В.И., Кузьмич А.К. Разрушение горных пород взрывом. Минск: БНТУ; 2020. 113 с. Режим доступа: https://rep. bntu.by/handle/data/81516

3. Демидюк Г.П. О повышении степени полезного использования энергии взрыва. Взрывное дело. 1966;(60/17):237–254.

4. Буровцов В.П., Тарасенко В.П. Физико-технические обоснования параметров забойки и оценка ее роли в управлении действием взрыва скважинных зарядов на карьерах. В: Проблемы взрывного дела: сб. ст. и докл. М.: МГГУ; 2002. Т. 1. С. 5–9.

5. Демидюк Г.П., Росси Б.Д., Андрианов Н.Ф., Усачев В.А. Влияние забойки на степень дробления горных пород взрывом. Взрывное дело. 1963;(53/10):96–105.

6. Курчин Г.С., Лобацевич М.А., Петушкова Т.А., Ефремов П.Ю. Эффективность применения забойки в скважинах. В: Ахметов И.Г. (ред.). Науки о Земле: вчера, сегодня, завтра: материалы 4-й Междунар. науч. конф., г. Казань, май 2018 г. Казань: Молодой ученый; 2018. С. 17–19. Режим доступа: https://moluch.ru/conf/earth/archive/293/13655/

7. Лещинский А.В., Шевкун Е.Б. Забойка взрывных скважин на карьерах. Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та; 2008. 230 с.

8. Федотенко В.С., Гришин А.С., Антонов Н.О., Елесина Н.В., Федотенко С.М. Устройство для забойки скважин. Полезная модель №136823 МПК: E02F3/345F42D1/08. Опубл. 20.01.2014.

9. Лещинский А.В., Шевкун Е.Б., Добровольский А.И., Галимьянов А.А. Забоечная машина для формирования короткой комбинированной забойки взрывных скважин с каменным материалом. Пат. 2600474 Российская Федерация, МПК f42 d 1/08, f42 d 1/10, B65 g65/30. Заявл. № 2015113100/03. Опубл. 20.10.2016.

10. Шевкун Е.Б., Лещинский А.В., Рудницкий К.А., Николаев А.С. Комбинированная засыпная забойка скважин. Пат. 2462688 Российская Федерация, МПКf42d1/08. Заявл. № 2011107822/03. Опубл. 27.09.2012. Бюл. №27

11. Лещинский А.В., Шевкун Е.Б., Комков В.Г., Рудницкий К.А., Добровольский А.И., Галимьянов А.А. Способ формирования короткой комбинированной засыпной забойки взрывных скважин с распорным конусом и устройство для его осуществления. Пат. 2608101 Российская Федерация.

12. Шевкун Е.Б., Лещинский А.В., Комков В.Г., Галимьянов А.А. Способ формирования короткой комбинированной забойки взрывных скважин с каменным материалом и устройство для его осуществления. Пат. 25563265. Российская Федерация, МПК f42d1/08/. Заявл. №2014143338/03. Опубл. 20.09.2015. Бюл. №26.