25191 (Проблемы совершенствования горной техники)

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Тульский государственный университет

Кафедра Г и Г

Контрольно-курсовая работа по дисциплине «Современные проблемы горной науки и производства»

На тему: «Проблемы совершенствования горной техники»

Тула 2009

Содержание

Введение

1. Направления совершенствования угольных технологий

2. Гидроабразивное резание горных пород

3. Виброактивное разрушение

4. Струйная технология и техника

Заключение

Список литературы

Введение

Одним из основных факторов наращивания объемов добычи угля и роста производительности труда является применение на шахтах России современных механизированных комплексов очистного оборудования. Сегодня парк очистной техники на российских шахтах представлен на 90% российским оборудованием, большая часть которого имеет высокую степень изношенности и низкие технические показатели по сравнению с передовыми зарубежными образцами.

Многообразие горно-геологических условий разработок угольных месторождений России и отсутствие для них эффективных технико-технологических решений диктуют машиностроительным предприятиям горно-шахтного оборудования повышенные требования к создаваемому оборудованию. Базовым принципом при производстве горных машин становится переход от серийного изготовления техники к индивидуальному для конкретных условий эксплуатации, обеспечивающим высокую производительность и качество оборудования. Опыт показал, что машиностроительные заводы военно-промышленного комплекса России в силу ряда причин не способны справиться с поставленной задачей. Отсутствие на традиционных горно-шахтных машиностроительных заводах сильных конструкторских коллективов, нацеленных на разработку современной техники, опережающей зарубежные аналоги, не позволяет надеяться на быстрый скачок в производстве на них собственного ГШО с требуемыми параметрами. Вместе с тем на российский рынок уже сейчас устремлены западные производители горно-шахтного оборудования, и со временем их давление будет усиливаться. Противостоять этому давлению в условиях открытости рынка возможно только производством качественного современного горно-шахтного оборудования по доступным для российского рынка ценам.

В данной работе рассматриваются направления совершенствования угольных технологий, а так же гидроабразивной, виброактивной техники и техники реализующую технологию струйной цементации грунтов.

1. Направления совершенствования угольных технологий

В нынешней ситуации существенное улучшение качественных и количественных показателей угледобычи и углепереработки в России может обеспечить использование наукоемких технологий.

На сегодняшний день существует значительное количество технологий, имеющих основание быть отнесенными к наукоемким, высоким технологиям, которые с большой эффективностью могут быть применены в угольной промышленности.

В Институте угля и углехимии СО РАН, а также в других организациях, к настоящему времени уже разработаны либо разрабатываются наукоемкие технологии практически для каждой стадии освоения угольного месторождения - начиная со стадии проектирования угледобывающих предприятий и заканчивая технологиями переработки отходов угледобычи и полезного использования выработанного пространства. Среди них находятся и технологии, обещающие в случае своей практической реализации получение огромного экономического эффекта - например, такие как добыча и использование пластового метана, и технологии, направленные на обеспечение безопасных условий разработки угольных месторождений.

Большое число новых наукоемких разработок имеет место при исследовании процессов глубокой переработки угля. Это обстоятельство позволяет с достаточным оптимизмом оценивать перспективы развития угольной отрасли, так как в большой степени именно с обеспечением глубокой переработки угля непосредственно в районе его добычи связываются надежды угольщиков на выведение угольной отрасли из экономического кризиса.

В обширном перечне наукоемких технологий, предлагаемых учеными для российской угольной промышленности, заметное место занимают не только новые, недавно разработанные, но и такие, которые были широко известны ранее и даже успешно применялись на практике, но по разным причинам не получили дальнейшего развития. Из данного ряда можно особо выделить такие нетрадиционные способы разработки угольных месторождений, как гидродобыча угля, технология создания и транспортирования водоугольных суспензий, а также подземная газификация углей. Вполне очевидным представляется тот факт, что названные, а также некоторые другие известные ранее технологии (например, гидроструйная технология), обладают весьма значительным неиспользованным, нераскрытым потенциалом, и поэтому необходимостью сегодня является - в одних случаях - реанимация технологии, в других - продолжение и развитие исследовательских и практических работ по совершенствованию такой техноологии.

Важнейшим элементом новой угольной политики России, как считают в Институте угля и углехимии СО РАН, должно быть создание и развитие в регионах добычи угля на принципах межрегиональной и международной кооперации, на базе новейших технологий глубокой переработки углей энерго-технологических комплексов, обеспечивающих не только потребности внутреннего рынка, но и в значительной степени экспорт электроэнергии и продуктов угле-химии в страны Европы и Азии.

В области собственно технологии подземной добычи угля в целом, главными направлениями научно-технического прогресса для российских шахт являются коренные улучшения структуры шахтного фонда и состояния горного хозяйства шахт на основе их реконструкции и технологического перевооружения, совершенствование технологической структуры подземной добычи, развитие комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, в том числе на базе создания нового поколения комплексов машин и оборудования для очистных и подготовительных работ, повышения долговечности и надежности горно-шахтного оборудования.

В период до достижения стабилизации экономической ситуации в России необходимы меры централизованного государственного регулирования отношений топливно-энергетических отраслей и потребителей энергии. Такие меры должны включать:

• государственное регулирование соотношения цен на уголь, электроэнергию, металл, транспортировку;

• выделение дотаций для финансовой поддержки отдельных предприятий угольной промышленности;

• создание централизованного фонда инвестиций наиболее неотложных мер по реконструкции и развитию топливно-энергетических отраслей и предотвращению распада энергостроительного комплекса;

• повышение управляемости отраслей топливно-энергетического комплекса, его объединений и предприятий;

• создание в ТЭКе интегрированных структур, объединяющих предприятия разных отраслей для выпуска конечной конкурентоспособной продукции субъектов рынка, охватывающих в совокупности добычу, переработку и реализацию угольной продукции, а также институты рыночной инфраструктуры (банки, страховые и инвестиционные компании), обеспечивающие участие угольных предприятий в межотраслевых финансовых группах;

• протекционистские мероприятия (ценовая, налоговая и таможенная политика) для обеспечения гарантированного государством минимального объема продаж угля, защищающих производителей угля, в частности, от опережающего роста железнодорожных тарифов и поддерживающих конкурентоспособность угля на внутреннем топливно-энергетическом рынке.

Это обеспечит перевод угольной отрасли из дотационного и убыточного состояния в доходную и прибыльную отрасль, привлечение необходимых инвестиций в топливно-энергетический комплекс, реконструкцию смежных отраслей и охрану окружающей среды.

2. Гидроабразивное резание горных пород

Гидроабразивное резание - новое и весьма перспективное в угольной промышленности России научно-техническое направление. Суть его состоит в разрезании весьма тонкими (доли миллиметров) струями воды сверхвысокого давления (250-350 МПа) с абразивом, создаваемого мультипликатором, который обеспечивает двадцатикратное увеличение давления рабочей жидкости - воды. Это позволяет глубоко разрезать угольный массив (даже без абразива), горные породы толщиной до 400 мм и более и металлические плиты толщиной до 200 мм (с применением абразива). Такая технология позволяет производить названные работы без выделения пыли, газов и тепла.

За рубежом гидроабразивное резание получило огромную популярность. Мировыми лидерами в области использования гидроабразивных струй в разных областях промышленности являются фирмы из Швеции, Германии, Великобритании и др.

В нашей стране подобными работами занимается, например, Всероссийский научно-технический институт технической физике имени акад. Е.И.Забабахина. А так же ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского.

В настоящее время в ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского в сотрудничестве с ООО фирмой "НИТЕП" и Скуратовским ОЭЗ разработан и изготовлен «Мобильный агрегат гидроабразивный» МАГ, предназначенный для механизации монтажных, демонтажных и других вспомогательных работ в шахтных условиях, связанных с резанием крепких абразивных горных пород, бетона, железобетона и других твердых материалов.

При разработке режущего модуля гидроабразивного агрегата особое внимание уделялось созданию гидроабразивного инструмента. Его конструкция должна была обеспечивать рациональные параметры резания металлоконструкций, листового металла и возможность нарезания глубоких (100-300 мм) зарубных щелей в крепких абразивных горных породах, а также в бетоне и железобетоне. Для решения указанных задач в ИГД им. А.А. Скочинского был разработан и испытан экспериментальный образец режущего инструмента нового технического уровня.

В отличие от известных зарубежных и отечественных аналогов, конструкция инструмента позволяла изменять геометрические параметры его проточной части в зависимости от решаемых технологических задач и обеспечивать оптимальные условия формирования гидроабразивных струй.

Основными ее отличиями являются технические решения, направленные на обеспечение высокого качества формирования водяной струи и обеспечения ее соосности с проточным каналом коллиматора.

Эффективность указанных решений особенно очевидна при использовании струеформирующих насадок диаметром d = 1,0-1,5 мм, необходимых для нарезания глубоких зарубных щелей в крепких абразивных материалах. При этом возникает необходимость увеличения длины камеры смешивания, а также диаметра и длины используемых коллиматоров, что предъявляет повышенные требования к компактности водяной струи и усложняет ее центрирование. Необходимо отметить, что конструкция струеформирующего устройства позволяет использовать его в качестве гидравлического резака для выполнения вспомогательных работ не требующих использования абразива, что существенно расширяет возможные области применения агрегата.

Процесс формирования гидроабразивной струи может быть форматизирован следующем образом. Регулируемое с помощью дозатора количество абразива поступает в камеру смешивания. На начальном этапе формирования абразивной струи после контакта с периферийными слоями струи воды, частицы абразива приобретают все большую осевую скорость, совершая хаотические скачки между внутренней поверхностью камеры смешивания и струей воды, частота и амплитуда которых зависит от диаметра камеры смешивания, а также диаметра и скорости водяной струи.

Испытания подтвердили эффектность резания гранитного массива с параметрами и режимами работы гидроабразивного инструмента. Все агрегаты комплекса мобильного оборудования МАГ показали свою работоспособность и высокую надежность при эксплуатации в полевых условиях. Кроме того, была продемонстрирована возможность использования технологии гидроабразивного резания в сочетании с другими способами разрушения.

Виброактивное разрушение.

Одной из проблем дальнейшего развития проходческой техники для горной промышленности является создание комбайнов, обеспечивающих проведение подготовительных выработок по крепким породам. В настоящее время на горных предприятиях работают преимущественно проходческие комбайны избирательного действия, имеющие стреловидный исполнительный орган, оснащенный резцовой коронкой или барабанным рабочим органом.

Конструктивные особенности этих машин наиболее отвечают технологии проведения выработок по углю и смешанным забоям и преимущественно используются на породах крепостью у_сж = 60 МПа. Попытки их применения для разрушения для разрушения более крепких пород за счет увеличения мощности привода и усовершенствования режущего инструмента не позволило создать эффективную конструкцию комбайна.

Параллельно создавались проходческие комбайны непрерывного действия, позволяющие заметно увеличить мощность привода на разрушение пород, использовать эффективно использовать шарошечный инструмент. Однако ограниченная область горно-технических условий их применения для проведения выработок не позволяет считать данное направления перспективным.

Одним из определяющих направлений создания комбайнов для крепких пород признан комбинированный способ, предусматривающий соединение традиционного механического резания с дополнительными динамическим, гидравлическим, вибрационным и другими воздействиями на разрушаемый массив. Такая комбинация силовых факторов позволила создать серию исполнительных органов к проходческим комбайнам избирательного действия, ориентированных на разрушение пород повышенной крепости.

Начиная с 1983 года на кафедре горных машин и комплексов ТулГУ совместно с институтом «ЦНИИПодземмаш» ведутся работы по созданию исполнительных органов стрелкового типа, сочетающих механическое разрушение с вибрационным воздействием на массив – виброактивных исполнительных органов. Назначение исполнительных органов данного типа состоит в обеспечении проведения выработок в смешанных забоях по углю и породным прослойкам крепостью у_сж ≤ 80 МПа.

Одним из путей решения проблемы разработки крепких пород является создание машины, привод которой позволяет получать кратковременные импульсы силы большой величины. Разрушение крепкой породы может быть достигнуто также путем воздействия кратковременными импульсами сравнительно небольшой величины, повторяющимися большое число раз, т.е. по сути дела, путем воздействия вибрационной силы.