Доктор технических наук
Горнодобывающие предприятия РФ
Консультант
УДК 62-5 [62-512:62-1/-9]
Введение
Современное развитие гидромеханизации, как специализированного вида горных и строительных земляных работ, опирается на передовые достижения науки и техники. В конце XX - начала XXI века наибольшее развитие гидромеханизация с использованием земснарядов получила в странах запада (Голландия, ФРГ, США и др.) и в ряде стран востока (Китай, Япония, Н.Зеландия и др.). Россия, после периода стагнации конца XX века, постепенно возвращается в число передовых стран с развитой гидромеханизацией. В последнее десятилетие на российском рынке стали появляться новые модели высокопроизводительных земснарядов с разборными корпусами, различные виды первоклассных пульпопроводов из композиционных и резинотканевых материалов, а на картах намыва стала использоваться высокоэффективная вспомогательная техника, – все отечественного производства. Однако для того чтобы интенсивнее и качественнее приблизится к передовым зарубежными технологиями, а затем, возможно, по некоторым позициям и обойти их, отечественной прикладной науки за короткое время предстоит решить ряд непростых задач. Также российскому судостроению (машиностроению) необходимо будет наладить выпуск специализированного оборудования, ранее не выпускаемого отечественной промышленностью, а производственники должны быть готовыми принимать активное участие в опытно-промышленных испытаниях новой техники и технологий.
Основная часть
Основная часть данной работы составлена из следующих разделов: наука; проектирование; компьютеризация земснарядов; разработка программного обеспечения (ПО);обеспечение контрольно-измерительными приборами;специализированное зарубежное оборудование; отечественные перспективные проекты и разработки.
Наука
Советскими и российскими учеными был внесен значительный вклад в развитие фундаментальной и прикладной науки, влияние которого положительно сказалось и на развитие отечественной гидромеханизации . Наиболее выдающимися учеными в этой области знаний являются Нурок Г.А., Огородников С.П., Шкундин Б.М., Юфин А.П., Попов Ю.А., Меламут Д.П., Ялтанец И.М. Автор данной работы также внес свой заметный вклад в прикладную науку, результаты которого были опубликованы в ряде работ [1-18,23], а некоторые разработки были использованы в проектах или внедрены в производство [1-5, 9-12, 13]. Вместе с тем, для дальнейшего развития гидромеханизации, требуется выполнить еще целый ряд новых исследований по различным направлениям науки.
По мнению автора, тематика новых исследований, которые помогут решить ряд стоящих перед современной наукой актуальных прикладных задач в области гидромеханизации, может быть следующей:
Проектирование
Принципиально важным в развитии отечественной гидромеханизации может стать применение более углубленных форм проектирования горных и строительных работ с помощью расчетных программ, направленных на повышение точности технико-экономических показателей проектов, в которых бы отражались и учитывались текущие изменения производительности земснарядов по мере износа грунтовых насосов, при технологических изменениях высоты и дальности подачи пульпы и в случаях геологических изменениях состава горных пород в разрабатываемых блоках или в забоях земснарядов, а также расчетов, определяющих параметры намыва и водосброса при этих же изменениях.
Также, с целью более углубленного проектирования гидромеханизированных горных и строительных работ и их более целенаправленного акцентирования на решение главных задач проекта, и, в особенности, в связи с возросшими разноплановыми динамическими процессами, происходящими сейчас в мире (резкий технологический прогресс в сфере искусственного интеллекта; экономические кризисы, природные катаклизмы, участившиеся техногенные катастрофы – в т.ч. боевые действия и пр.), предлагается разделить и технологически классифицировать все технические проекты по следующим направлениям: С – стандарт; И – инновация; К - качество; Э – экономика; О – охрана окружающей среды (экология); Б – безопасность; Ч – чрезвычайность.
С - стандарт:
При проектировании подбирается наиболее эффективная технология работ под заданные объемы добычи и под существующее на предприятии оборудование (под тот или иной тип имеющегося земснаряда) с получением оптимальных (заданных) технико-экономических и иных основных проектных показателей: экономикой, экологией, качеством и сроков выполнения работ и пр.
И - инновация:
Выполняется, когда планируется использовать ранее не применяемые в данном карьере (на данном месторождении) новые технологии разработки горных пород и (или) новое оборудование, которые могут существенно повысить эффективность одного или нескольких технико-экономических показателей: объемов добычи, экономики, экологии, улучшить качество или значительно сократить сроки выполнения работ, причем другие показатели проектируются в рамках допустимых значений.
К - качество:
Получение наилучшего результата по качественным технологическим показателям: по качеству полезного ископаемого; по точности отметок выемок (горных выработок); по точности профиля намыва; по наименьшим технологическим потерям полезного ископаемого или по другим существенным технологическим признакам, где иные показатели: экономика, экология, объемы или сроки выполнения работ, по сравнению с планируемыми показателями качества, будут вторичными и будут представлены в проекте в рамках допустимых значений.
Э - экономика:
Наименьшие затраты на добычу, на транспортирование, на переработку или на укладку (намыв) полезного ископаемого, где все иные планируемые показатели по сравнению с экономическими показателями, будут вторичными и будут представлены в проекте в рамках допустимых значений.
О - охрана окружающей среды (экология):
Применяется при проектировании наиболее щадящих для окружающей среды (природы) технологий разработки, технологических процессов и горного оборудования, где все иные планируемые показатели проекта, по сравнению с экологическими показателями, будут вторичными и будут представлены в рамках допустимых значений.
Б - безопасность:
Главным критерием проекта является безопасность для обслуживающего персонала горного оборудования (для экипажа земснарядов) при минимизации технологического загрязнения прилегающих территорий в процессе ликвидации взрывоопасного, радиационного, химического либо иного опасного загрязнения горных пород или грунтов обводненных природно-геологических или техногенных образований, где технико-экономические и любые иные показатели проекта, по сравнению с требуемым уровнем обеспечения безопасности обслуживающего персонала, будут являться вторичными.
Ч - чрезвычайность:
Проект выполняется для предупреждения или ликвидации аварийных ситуаций с помощью средств гидромеханизации: опережающий намыв земснарядами заградительных дамб или перемычек при ожидаемых сильных подтоплений карьеров (горных выработок) или при ожидаемых высоких весенних паводков и прогнозируемых наводнениях в прилегающих к карьерам жилых или производственных секторах, при ликвидации прорывов действующих дамб и перемычек и при прочих аварийных ситуациях. Главными критериями проекта являются минимальные сроки и качество выполняемых работ по предупреждению/ликвидации аварийных ситуаций, независимо от ожидаемых затрат и от степени временного влияния применяемых технологий и оборудования на окружающую среду.
Компьютеризация земснарядов
Важнейшим подспорьем для развития современной гидромеханизации является широкомасштабная компьютеризация земснарядов отечественного производства для осуществления оперативного контроля над технологическими процессами их работ и за параметрами намывных сооружений, а также для анализа, переработки и отображения данных контрольно-измерительных приборов работающего оборудования.
а б
Рис. 1. Стационарные пульты управления земснарядами: а - отечественные с неавтоматизированным или мало автоматизированным управлением; б – зарубежные с высокоавтоматизированным программным управлением
Разработка программного обеспечения (ПО)
Проектные организации, производственно-технические отделы предприятий гидромеханизации, а также земснаряды, оснащенные бортовыми компьютерами, будут нуждаться в разработке и применении специального программного обеспечения (ПО).
В первую очередь требуется разработка отечественных компьютерных программ по следующим направлениям: проектирование процессов переработки горных пород, добытых средствами гидромеханизации (примерный аналог - американская программа AggFlow) и, например, расширение функциональности российской программы «Гидронамыв 1.0» с целью возможности ее использования для расчета процессов с илами, пылеватыми и крупнокусковыми фракциями горных пород.
Для бортовых компьютеров земснарядов требуется разработка ПО, осуществляющего контроль над следующими технологическими процессами: режимами концентрации пульпы при гидротранспортировании тех или иных видов горных пород (грунтов) с целью обеспечения заданной производительности земснаряда и для предотвращения возможных закупорок пульпопроводов грунтом; размерами и глубиной разработки забоя (технологической выемки); степенью износа грунтовых насосов, технических устройств и изделий пульпопроводов; режимов работы механического (лебедки, сваи и пр.) и электрического (эл. двигатели, освещение, обогреватели / кондиционеры и пр.) оборудования земснарядов; состоянием обвалования и уровня воды в прудке-отстойнике на картах намыва; формой и размерами карт намыва; плотностью и влажностью намываемых горных пород, а также для анализа и обработки данных контрольно-измерительных приборов, контролирующих режимы работы грунтовых насосов, рыхлителей и вспомогательных насосов и др.
Обеспечение контрольно-измерительными приборами
На ряде моделей земснарядов отечественного производства, для контроля процессов разработки и всасывания горных пород, до настоящего времени используются только два основных вида контрольно-измерительных приборов. Первый - это вакуумметр, установленный на всасывающем трубопроводе земснаряда и второй - амперметр нагрузки главного электродвигателя или датчик давления масла дизельного привода грунтовых насосов. Опытные багермейстеры, используя эти приборы, а также ориентируясь на характерную вибрацию и шум грунтовых насосов и по ряду других признаков (например, на наличие или отсутствие плавающей пены в забое), интуитивно определяют вид всасываемых земснарядом горных пород и примерное их содержание в пульпе. Однако такое мастерство к ним приходит не сразу - только после продолжительных лет работы. Поэтому для того чтобы обеспечить визуализацию скрытых процессов разработки горных пород и повысить качество добычных работ, а также до минимума сократить период обретения требуемого мастерства багермейстерами (машинистами земснарядов), необходима скорейшая компьютеризация земснарядов и обеспеченность их всеми необходимыми видами контрольно-измерительных приборов.
Вместе с тем земснаряды отечественного производства, как правило, оснащаются амперметрами нагрузки электродвигателей папильонажных лебедок, рыхлителя и вспомогательных насосов, иногда они дополнительно снабжаются манометрами напорных пульпопроводов, механическими глубиномерами породозаборного устройства и датчиками воды в трюмах.
Для современной гидромеханизации такого набора контрольно-измерительных приборов явно недостаточно. Поэтому для того чтобы идти в ногу с достижениями мирового научно-технического прогресса необходимо значительно расширить перечень используемых на отечественных земснарядах контрольно-измерительных приборов и осуществить переход существующих видов механических и электрических приборов на электронную (цифровую) основу.
Рекомендуемый перечень необходимых контрольно-измерительных приборов с электронной основой на современных земснарядах:
Все перечисленные приборы должны быть адаптированы к ПО бортовых компьютеров земснарядов.
Специализированное зарубежное оборудование
Российскому судостроению (машиностроению, приборостроению) необходимо наладить выпуск специализированного гидромеханизированного оборудования, аналоги которых выпускаются зарубежными компаниями. Данное оборудование позволяет заметно сократить удельные затраты на добычу полезного ископаемого, улучшить качество их переработки и повысить производительность земснарядов [14, 17- 21]. Основной перечень такого оборудования:
Рис. 2. Электромагнитный расходомер Rosemount, встраиваемый в пульпопровод земснаряда
Рис. 3. Береговой и плавучий колесные дешламаторы немецкой компании «FFA Fiebig», работающие в комплексе с земснарядами
Рис. 4. Устройство уплотнительного узла грунтовых насосов западных производителей (фото автора)
Рис. 5. Цепной элеватор немецкой компании «FFA Fiebig» в работе, он же при транспортировке перед его установкой на земснаряд
Рис. 6. Антикоррозийная статическая защита корпусов земснарядов (показана стрелками) голландского производства (фото автора)
Рис. 7. Земснаряды немецкой компании “Habermann” для разработки горных пород с повышенной глубины
Рис. 8. Учебный тренажер земснаряда голландской компании “IHC Merwede” (фото автора)
Отечественные перспективные проекты и разработки
Рис. 9. Поломка породозаборного наконечника из-за попытки освободится из-под завала грунтом с помощью рамоподъемной лебедки и управляемая оснастка, позволяющая породозаборному наконечнику самостоятельно освобождаться из-под таких завалов
Рис. 10. Эпизод работы полиспаста по вытягиванию земснаряда на берег и неподвижная, закрепленная к корпусу, обойма полиспаста (вариант установки)
Рис. 11. Отвод пульпы из пульпопровода и схема установки пульпорыхлителя на земснаряде
Рис. 12. Силовой кабель электрического земснаряда привязан к плавучему резинотканевому пульпопроводу и находится под водой (фото из архива автора)
Рис. 13. Авторский проект крепления силового кабеля на поверхности резинотканевого плавпульпопровода, установленного на безопасной высоте от водной поверхности карьера
Рис. 14. Реализация авторской разработки - Оснастки (узлов крепления) под тяжеловозные тележки для передислокации земснаряда марки 180-60 без его разборки на отдельные блоки (багерская рубка была снята из-за габаритных ограничений трассы)
Ожидают внедрения в производство гидромеханизированных работ технические новшества и перспективные проектные разработки, в том числе и разработки автора, по следующим направлениям:
Обобщение, выводы
Автор данной работы связан многолетней практикой с гидромеханизированными горными и строительными работами. С 1974 г. прошел все ступени служебного и профессионального роста: от ученика и машиниста земснаряда 3-6 разрядов, бригадира земснаряда, мастера, инженера и начальника производственно-технического отдела до главного инженера специализированного предприятия гидромеханизации. Без отрыва от производства обучался в аспирантуре Московского горного института. В 1990 защитил кандидатскую, а в 2007 докторскую диссертации. Издал два технических справочника и, впервые в мире, техническую энциклопедию по гидромеханизации. Неоднократно приглашался иностранными компаниями в качестве консультанта по вопросам развития и совершенствования гидромеханизации. В связи с этим автор накопил огромный отечественный и зарубежный практический и научный опыт в области гидромеханизированных работ. Данная аналитическая работа является одним из результатов этого опыта. В ней сделан анализ современного развития зарубежной и отечественной гидромеханизации горных и строительных работ, в которых основными землеройными машинами являются плавучие земснаряды. Приведены конкретные примеры современной зарубежной техники и оборудования, на которые следует обратить особое внимание отечественным разработчикам и производителям, в том числе, на перспективные авторские разработки и изобретения автора. Представлен ряд стоящих перед отечественной наукой актуальных задач в области гидромеханизации, решение которых позволит нашим разработкам вплотную приблизиться к зарубежным аналогам или даже превзойти их, а также обеспечить качественное техническое перевооружение промышленности на данном направлении. А с целью более углубленного проектирования гидромеханизированных горных и строительных работ и их более целенаправленного акцентирования на решение главных задач проекта и в связи с возросшими разнонаправленными динамическими процессами, происходящими сейчас в мире, предложено разделить и технологически классифицировать технические проекты по следующим направлениям: С – стандарт; И – инновация; К - качество; Э – экономика; О – охрана окружающей среды (экология); Б – безопасность; Ч – чрезвычайность.
Рецензии:
17.07.2024, 8:21 Ашрапов Улугбек Товфикович
Рецензия: В статье "Пути совершенствования отечественной гидромеханизации" автор приводит анализ современного развития зарубежной и отечественной гидромеханизации с применением земснарядов. Автором предлагается разделить и технологически классифицировать все технические проекты по следующим направлениям: С – стандарт; И – инновация; К - качество; Э – экономика; О – охрана окружающей среды (экология); Б – безопасность; Ч – чрезвычайность. С - стандарт. Статья актуальная и имеется научная новизна. Автором приведены собственные разработки по данной теме. Однако, я рекомендую более подробно описать современные методы и способы проектирования наиболее щадящих для окружающей среды (природы) технологий разработки, технологических процессов в классификации О - охрана окружающей среды (экология), т.к. песок – основа современного общества и его используют для поднятия земель, для защиты прибрежных территорий от штормов, используется в строительстве в бетоне и асфальте, стекле и микрочипах, и даже в зубной пасте. Но если убрать песок не в том месте, берега начнут разрушаться, грунтовые воды засолятся, а места для рыбной ловли исчезнут.