WWW.NAUKA.X-PDF.RU
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Книги, издания, публикации
 

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 20 |

«ИННОВАЦИОННЫЙ КОНВЕНТ «КУЗБАСС: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ИННОВАЦИИ» Материалы Инновационного конвента Том Кемерово 2 Инновационный конвент «КУЗБАСС: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ИННОВАЦИИ» ББК Ч ...»

-- [ Страница 2 ] --

Система технического обслуживания и ремонта предприятий ремонтной отрасли включает в себя ремонтно-обслуживающие воздействия, с помощью которых обеспечиваются необходимое техническое состояние машин и их работоспособность в

Инновационный конвент «КУЗБАСС: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ИННОВАЦИИ»

течение всего периода эксплуатации. Это может быть сезонное техническое обслуживание, текущий ремонт, капитальный ремонт, обкатка новых или отремонтированных машин.

Технологический процесс ремонтно-обслуживающих работ объединяет в себе правильно разработанную техническую документацию, широкий выбор комплектующих элементов, применение разнообразного технологического оборудования и специальной оснастки, работу с кадрами, работу службы технического контроля и вспомогательных служб. [4].

Важную роль в процессе производства для каждого предприятия играет его производственная структура, которая отображает разделение труда между расположенными на территории предприятия производственными участками, представляет собой своеобразную схему внутренней организации работы предприятия, весь комплекс входящих в его состав подразделений.

Рассмотрим три вида производственной структуры предприятия.

1). Технологическая - предполагает разделение отдельных видов производства по их технологическим особенностям. Производство в этом случае строится по принципу технологической специализации, когда работниками каждого участка выполняются операции определенного вида.

2). Предметная – допускает специализацию основных цехов предприятия на производство каждым из них определенных изделий, закрепленных за ними, отдельных изделий или группы деталей.

3). Предметно-технологическая (смешанная) – характеризуется производственным процессом, основанном на наличии на одном предприятии основных цехов, организованных одновременно по предметному и технологическому признакам [1].

Основные принципы организации специализированных производств ремонтных предприятий включают: массовость, поточность, специализацию рабочих мест, использование механизированного инструмента, обеспечение синхронности работы всех участков производства и надлежащее развитие комплектовочных отделений, складов и участков снабжения.

Каждое из таких предприятий специализируется на ремонте машин и оборудования или отдельных агрегатов и узлов ограниченной номенклатуры. На многих узконаправленных предприятиях создают специализированные цехи по централизованному ремонту изношенных деталей также ограниченной номенклатуры. В случае направления в ремонт малораспространенных машин, агрегатов или других изделий, а также специфических в

Инновационный конвент «КУЗБАСС: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ИННОВАЦИИ»

отношении технологии ремонта объектов, специализированное предприятие может обслуживать промышленные производства нескольких районов или нескольких областей.

Наиболее распространены специализированные предприятия по ремонту двигателей.

Их организуют или при реконструкции типовых ремонтных мастерских, либо при организации предприятий, построенных по специальным проектам. На таких предприятиях, кроме ремонта двигателей ремонтируют другие агрегаты и узлы двигателей или производят централизованный ремонт деталей и изготовление нестандартного оборудования.

Предприятия по ремонту двигателей обычно специализируются на ремонте двух-трех марок сходных конструкций.

На ремонтных предприятиях проводят техническое обслуживание и текущий ремонт машин, замену узлов и агрегатов. Подобные предприятия оснащены универсальным оборудованием для мойки машин, подъемными устройствами для замены агрегатов и узлов, сварочным, механическим оборудованием для выполнения различных ремонтных работ, приспособления для разборочно-сборочных работ, для использования полимеров и для окраски, оборудованием, приспособлениями и инструментом для технического обслуживания машин, контрольными приборами и инструментом для проверки и регулировки топливной аппаратуры, гидросистем и двигателей [2].

Основным подразделением ремонтных предприятий является цех. Производственной структурой цеха называют весь объем входящих в него производственных участков, вспомогательных и обслуживающих подразделений. Данная структура отображает внутренне разделение труда между подразделениями цеха, его внутрицеховую специализацию.

Производственные участки являются основными производственными единицами цеха, они представляют собой группу рабочих мест, объединенную общими признаками и имеющую административную самостоятельность. Возглавляются цеха мастером цеха.

Рабочее место представляет собой часть территории цеха (участка), на которой производится четко определенный диапазон работ по изготовлению продукции или обслуживанию технологического процесса.

Для качественной работы предприятия необходимо грамотно организовать рабочее место, которое является основным звеном производственной структуры предприятия.

Организация подразумевает разработку комплекса мероприятий, направленного на создание необходимых условий для качественного труда, а также организацию системы охран ы труда и здоровья рабочего. Такой комплекс должен включать в себя специализацию и

Инновационный конвент «КУЗБАСС: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ИННОВАЦИИ»

оборудование рабочего места, оснащение его необходимым оборудованием и инвентарем для создания комфортных условий труда [1].

Ремонт отдельных деталей – основа ремонтного производства. Применяется и разрабатывается большое число способов ремонта деталей и восстановления первоначальных размеров их рабочих поверхностей. На крупных специализированных ремонтных предприятиях стремятся к выполнению работ по ремонту и восстановлению деталей или сборочных единиц на поточно-технологических линиях. Такие линии во многом определяют технологический процесс ремонтных работ и качественные показатели ремонтируемых объектов. Очень важно внедрять маршрутную технологию ремонта и восстановления деталей, при которой выше не только качество ремонтных работ, но и их производительность.

Операции по сборке отдельных сборочных единиц или машины в целом на крупных специализированных предприятиях осуществляются на конвейерах, тогда как на предприятиях с малой программой ремонта или проводящих только текущий ремонт машин сборку чаще всего проводят с расстановкой объектов ремонта тупиковым способом, который характеризуется неподвижностью объема ремонта, выполнением основных сборочных работ на месте расположения объекта ремонта [4].

Почти все сложные сборочные единицы ремонтируемых механизмов и машин после проведения сборочных операций проходят обкатку, испытание и регулировку. Эти операции в целом являются в определенной степени и операциями контроля качества ремонтнообслуживающих работ. С увеличивающейся сложностью современных машин должны совершенствоваться и усложняться технологическое обкаточно-регулировочное оборудование и приемы обкатки, испытания и регулировки. Внедрение прогрессивных способов выполнения этих операций способствует росту показателей качества выпускаемой продукции [4].

Список литературы:

1. Иванов И.Н. Организация производства на промышленных предприятиях: учебник.

М.:ИНФРА, 2013. – 352 с.

Селиванова А.И. Справочная книга по организации ремонта машин в сельском 2.

хозяйстве. М.: «Колос», 1976. – 476 с.

3. Луковников А.В., Шкрабак В.С. Охрана труда: учебник для вузов. М.: Агропромиздат, 1991. – 319 с.

4. Сушкевич М. В. Контроль при ремонте сельскохозяйственной техники. М.:

Агропромиздат, 1988. – 254 с.

Одной из основных задач машиностроения является снижение уровня вибрации и шума подшипников качения. Главным направлением решения этой задачи является совершенствование технологии изготовления подшипников. Установлено, что изготовление деталей из одного и того же материала, но по различной технологии и с разными режимами обработки приводит к резкому изменению физико-механических свойств поверхностного слоя, при этом долговечность таких деталей различна. Это происходит по причине технологической наследственности.

Технологическая наследственность – это явление переноса свойств изготовляемых изделий (деталей) от предшествующих технологических процессов (операций) к последующим и их частичное или полное сохранение.

Установлено, что основными источниками вибрации являются погрешности микрогеометрии колец и шариков.

Так как на свойства готового изделия наиболее существенное влияние оказывают финишные операции, для уточнения их роли на формирование общего уровня вибрации и свойств поверхностного слоя, были сформированы две группы колец, которые отличаются режимами резания на желобошлифовальной операции.

Для установления зависимости между выбранными режимами обработки и выходными параметрами подшипников, в условиях завода ЗАО «Автосельхозснаб» были проведены экспериментальные исследования.

Исследовались закономерности формирования поверхностного слоя наружных и внутренних колец подшипников с учетом технологического наследования, на примере подшипника 310А (изготавливаемого из стали ШХ15 ГОСТ 801-78).

По ходу технологического процесса кольца изымались и подвергались исследованиям.

Контролировались геометрические параметры колец, такие как ширина кольца, разностенность по борту, диаметр дорожки качения, наружный и внутренний диаметр колец, шероховатость и др.

Инновационный конвент «КУЗБАСС: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ИННОВАЦИИ»

Также по ходу технологического процесса изымались кольца для получения образцов (соответствующих ГОСТ 2999-75) с целью измерения микротвердости и исследования структуры стали.

Микротвердость является одним из важнейших показателей качества поверхностного слоя дорожек качения, представляющая собой тврдость отдельных фазовых и структурных составляющих. Данный метод характеризуется использованием незначительных по величине нагрузок (до 200 г).

Испытание твердости проводилось на микротвердомере DuraScan 20, производящим измерение по методу Виккерса - наиболее точному и универсальному методу измерения тврдости.

Были подготовлены образцы, соответствующие ГОСТ 2999-75 и сформирована схема опыта (рис.1).

Рис. 1.

Обеспечивалось расстояние между центром отпечатка, краем образца и краем соседнего отпечатка не менее 2,5 длины диагоналей отпечатка, чтобы пластическая деформация от внедрения индентора не повлияла на формирование соседних отпечатков. С целью получения объективного результата измерений и подтверждения того, что кольцо прокалилось насквозь, производим серийное измерение микротвердости каждого образца в 25 точках, по пять точек в каждой полосе, удаляющихся от дорожки качения вглубь кольца.

Исходя из условий метода микротвердости (нагружение менее НV0,2) и визуального удобства, была выбрана программа нагружения НV0,1, которая обеспечивает оптимальную Инновационный конвент «КУЗБАСС: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ИННОВАЦИИ»

глубину внедрения индентора в поверхностный слой образца. Полученные данные заносились в Excel и обрабатывались.

В результате экспериментов были получены графики, показывающие изменение величины микротвердости по точкам на исследуемой полосе (рис.2).

Рис. 2.

Из рисунков видно, что значения микротвердости не зависят от положения полосы, что доказывает равномерную прокаливаемость колец на всю глубину.

На образце до ТО наблюдается колебание значений микротвердости относительно средней е величины по образцу равной 194 единицам, что входит в регламентируемый интервал (ГОСТ 801-78).

На образце после ТО колебание значений микротвердости относительно средней е величины по образцу равной 802 единицам, что также входит в регламентируемый интервал (ГОСТ 801-78).

Для выявления причины колебания была исследована структура образцов в местах отпечатков индентора Анализ изображений показал, что различие между микротвердостью отпечатков вызвано незначительной неоднородностью структуры (мелкозернистый перлит для образца до ТО и отпущенный мелкоигольчатый мартенсит с равномерно распределенными карбидами для образца после ТО). Таким образом в результате исследований было установлено, что микротвердость существенного влияния на формирования ОУВ не оказывает.

Так как рабочей поверхностью является дорожка качения, исследовалась структура не только основного металла, но и тонкий поверхностный слой, образующий дорожку (рис.3).

Инновационный конвент «КУЗБАСС: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ИННОВАЦИИ»

Рис. 3 Анализ структуры в состоянии поставки показал наличие таких дефектов как структурная полосчатость, карбидная неоднородность, микропористость, карбидная сетка.

Все они имеют допустимые баллы по ГОСТ 800-78. Структура перлита была оценена недопустимым 7 баллом, форма включений зерна или глобули.. Также присутствовали такие дефекты как раковины, не предусмотренных ГОСТ 800-78 и ГОСТ 801-78.

Инновационный конвент «КУЗБАСС: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ИННОВАЦИИ»

Из изображений, представленных на рис.4 была определена глубина поверхностного слоя, отличающегося визуально от структуры основного материала. Средняя глубина поверхностного слоя составила 17 нм. Структура перлита в поверхностном слое была оценена допустимым 4 баллом.

При исследовании в незначительном количестве был обнаружен пластинчатый перлит до 4 балла.

Структура стали после термообработки - отпущенный мелкоигольчатый мартенсит с равномерно распределенными карбидами, балл 4 для основного металла, балл 3 для поверхностного слоя (рис.5).

Исходя из результатов исследований можно сделать следующие выводы:

- Структура поверхностного слоя соответствует ГОСТ 801-78

- Карбидная сетка допустимого балла устраняется нормализацией Следовательно, влияние структуры на формирование ОУВ незначительное.

Наружные и внутренние кольца, прошедшие весь технологический процесс, были собраны в готовые подшипники. Их сборка осуществлялась компоновкой колец как из разных, так и из одинаковых групп, отличающихся режимами желобошлифовальной операции. Таким образом, было получено четыре группы подшипников. На всех из них были замерены: величина зазора, торцевое биение колец, радиальное биение, общий уровень вибрации в разных частотных диапазонах. Общий уровень вибрации всех подшипников на всех частотных диапазонах не превысил допустимые 92 дБ.

Многочисленные результаты исследований систематизировались и в настоящее время подвергаются энтропийному анализу, разработанному профессором А.Б. Логовым, для уточнения влияния каждого параметра на выходные характеристики подшипников качения.

Список литературы:

Технологическая наследственность в машиностроительном производстве/ А.М.

1.

Дальский, Б.М. Базров, А.С. Васильев и др.; Под ред. А.М. Дальского. – М.: Изд-во МАИ, 2000. – 364 с.

Технологическая наследственность в машиностроении/ П.И. Ящерицын, Э.В.

2.

Рыжов, В.И. Аверченков. – Минск: Изд-во «Наука и иехника», 1977. – 255 с.

Анализ состояния уникальных объектов (Анализ «плохих» данных)/А.Б. Логов, 3.

Р.Ю. Замараев, А.А. Логов - Учебное пособие. – Кемерово, 2009. – 88 с.

ГОСТ 520-2002. Подшипники качения. Общие технические условия.

4.

ГОСТ 8233-56: Сталь. Эталоны микроструктуры 5.

ГОСТ 801-78: Сталь подшипниковая. Технические условия 6.

Фирма Борг-Варнер (США) разработала и запатентовала муфту сцепления, в которой нажимное усилие также создается пружиной растяжения, но расположенной внутри картера.

Пружина одним концом закреплена в картере, а другим связана с рычагом управления.

Нажимное усилие на диски передается через промежуточный рычаг, рычаг подшипника отводки и рычаги, вращающиеся вместе с кожухом. Рычажная система муфты сцепления имеет также устройство для автоматической компенсации износа фрикционных накладок. В другой муфте сцепления эта фирма применила пружину растяжения, воздействующую на нажимной диск через рычажный механизм, вынесенный на картер муфты сцепления. На наружной поверхности картера закреплен штампованный кронштейн. С нижней частью кронштейна шарнирно соединен петлеобразный рычаг, связанный шарнирно с регулируемым штоком вилки выключения. При помощи силовой пружины петлеобразный рычаг притягивается к кронштейну. Усилие пружины через вилку выключения и подшипник отводки передается рычагам, упирающимся наружными своими концами в кожух муфты сцепления [1].

Рычаги через специальные распорки давят на нажимной диск, прижимая его к ведомому диску. При выключении муфты сцепления усилие от педали передается через систему тяг на петлеобразный рычаг и оттягивает последний против направления действия силовой пружины. Широкое распространение получают муфты сцепления с тарельчатой пружиной, которые все больше вытесняют муфты сцепления с витыми, периферийно расположенными нажимными пружинами. В настоящее время за рубежом муфты сцепления с тарельчатой пружиной установлены на тракторах и автомобилях более чем 65 моделей.

Распространению этих муфт сцепления будет способствовать применение высокооборотных двигателей. В США разработаны муфты сцепления, в которых тарельчатая пружина и нажимные рычаги установлены снаружи кожуха, а между педалью управления и вилкой выключения привода расположено устройство для автоматической компенсации износа фрикционных накладок, что позволяет путем подбора передаточного числа привода уменьшать ход педали и выдерживать его величину постоянной в течение всего срока

Инновационный конвент «КУЗБАСС: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ИННОВАЦИИ»

эксплуатации муфты. Примером муфт сцепления тракторов, работающих в тяжелых условиях, являются муфты с тарельчатой пружиной и шариковым механизмом свободного хода. Эти муфты позволяют обеспечить постоянство величины передаваемого момента независимо от изменения коэффициента трения и износа трущихся поверхностей, повышенную долговечность и нечувствительность к тепловым перегрузкам, а также интенсивное гашение крутильных колебаний в трансмиссии трактора при резких изменениях момента и небольшое усилие на педали управления. В этих муфтах износ фрикционных накладок компенсируется автоматически. Одной из тенденций развития конструкций муфт сцепления, работающих в условиях сухого трения, является применение воздушной или жидкостной системы охлаждения для снижения температуры, оказывающей наиболее сильное влияние на работоспособность муфты сцепления [1].

Во Франции разработан картер муфты сцепления, разделенный у подшипника отводки тонкой перегородкой с отверстиями. По обе стороны от перегородки в картере имеются вентиляционные отверстия. Поток теплого воздуха отбрасывается ребрами кожуха муфты сцепления в отверстия картера, расположенные по одну сторону от перегородки, а поток свежего воздуха поступает через отверстия, имеющиеся по другую сторону от перегородки, и проходит к деталям муфты сцепления через отверстия в перегородке. Фирма Борг-Варнер (США) разработала и запатентовала трехдисковую муфту сцепления с принудительным масляным охлаждением. Масляный насос приводится в действие от ступицы, связанной с маховиком двигателя. Фланец корпуса масляного насоса через игольчатый подшипник опирается на внутренние концы отжимных рычагов. Корпус насоса может перемещаться в осевом направлении, и через систему рычагов связан с педалью управления муфтой сцепления. Из масляного насоса масло подается непосредственно в полость сцепления, охлаждает диски, а затем поступает в отстойник.

Список литературы:

1. Справочник технолога машиностроителя: в 2-х т.; справочник / Под ред. А.М.

Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова. Изд. 5-е. перераб. и доп. – М.:

Машиностроение, 2003. – Т. 1. – 912 с.; Т. 2. – 944 с.

Подземная разработка угольных месторождений приводит к изменению напряженного состояния массива горных пород вплоть до образования мульды сдвижения на дневной поверхности. Развивающиеся при движении очистного забоя геомеханические процессы охватывают значительные объемы углегазоносного массива, формируют интенсивные газовые потоки, как в выработанное пространство, так и на поверхность и, тем самым, обуславливают газовую опасность шахт и наземных сооружений. Размеры зоны опасного влияния этих процессов, величины, характер и продолжительность сдвижения горных пород и земной поверхности зависят от следующих факторов:

мощности, угля падения, глубины залегания и газоносности разрабатываемых пластов и пластов-спутников;

размеров очистных выработок, расположения и размеров целиков;

способа управления горным давлением;

скорости подвигания забоя;

наличия вблизи очистной выработки ранее отработанных площадей;

физико-механических свойств пород;

структурных особенностей массива горных пород (мощность слоев, геологические нарушения, несогласное залегание пород с разрабатываемыми пластами и др.).

В отрасли действует нормативный документ [1], который содержит соответствующие зависимости, обобщающие горный опыт всех шахт СНГ за многие десятилетия и ориентированные на вычислительные возможности инженерных служб шахт прошлого века. Согласно этому нормативу, процесс сдвижения подрабатываемого массива в сечении нормальном подвиганию забоя, определяется углами полных сдвижений (рисунок 1).

Как видим, высота зоны разгрузки в подрабатываемом массиве для всех месторождений Кузбасса является величиной постоянной при заданной длине лавы lоч и не зависимо от прочих вышеперечисленных факторов равна hн = lоч/2·tg, где hн – высота свода сдвижений. Отметим, что угол полных сдвижений в кровле пласта принято принимать равным 450.

За последние 15 20 лет в угольной промышленности произошли весьма существенные технологические и технические преобразования, которые затрудняют проектирование эффективных параметров высокопроизводительных забоев на основе предшествующего опыта.

Для уточнения величины зоны вертикальной разгрузки массива от геостатических напряжений и динамики ее развития можно применить установленные ИУ СО РАН особенности техногенной структуризации массива при движении очистного забоя [2] на основе нелинейных закономерностей геомеханических процессов.

Этими исследованиями установлена волнообразность изменения зон вертикальной разгрузки вмещающего массива при движении очистного забоя. Но амплитуды изменений рассчитываются геометрически на основе длины очистного забоя и углов 1 и 3.

Инновационный конвент «КУЗБАСС: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ИННОВАЦИИ»

Видим, что уже на четвертом уровне структурной иерархии свод достигает дневной поверхности, а угол полных сдвижений при этом равен 71 0, что уточняет нормативные рекомендации [1].

В плане практического применения полученных результатов можно отметить, что при проектировании выемочного участка, необходимо принимать длину очистного забоя lоч=h0 2n+1,а предельную со штреками близкую мощность зоны газопритока из вмещающего массива на выемочный участок такой, чтобы величина h0 входила числом, кратным 2n. Выполнение этого условия облегчает управление основной кровли в части предотвращения ее зависания на сопряжениях со штреками.

Поскольку за фронтом разгрузки вмещающего массива активизируется его газовый потенциал с формированием потоков газа к выемочному участку, то это уточнение значимо и в задачах обеспечения эффективного проветривания и дегазации [6]. Например, согласно [1] максимальная высота свода сдвижений при длине очистного забоя 250 м составит 146 м, а согласно [2] при вынимаемой мощности пласта 2,5 м максимальная высота зоны газового дренирования подрабатываемого массива в направлении выемочного участка равна 118 м. Уточнение этих показателей на основе зависимостей (1) и (2) приводит к величинам 150 250 м. Уточнение позволяет повысить точность прогноза параметров газогеомеханических процессов и, следовательно, повысить надежность способов и средств управления газовыделением как на стадии проектирования, так и ведения горных работ.

Работа выполнена при финансовой поддержке междисциплинарного интеграционного проекта СО РАН № 99, партнерского интеграционного проекта СО РАН № 100 и гранта РФФИ № 10-05-98009-р_сибирь_а.

Список литературы:

1. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. СПб., 1998. – С 291.

2. Фрактальная особенность структуризации массива горных пород в изменениях давления на призабойную часть угольного пласта отрабатываемого длинным очистным забоем / Г.Я. Полевщиков [и др.] // Вестн. науч. центра по безопасности работ в угольной пром-ти. Кемерово. 2012. № 3.

3. Леонтьева Е.В. О возможности прогнозирования периодичности обрушения кровли при отработке пласта длинным очистным забоем // Молодежный региональный форум «Старт». Инновационный конвент: «Кузбасс: образование, наука, инновации».

Сборник трудов. – Кемерово, 2012. – С. 26 30.

Инновационный конвент «КУЗБАСС: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ИННОВАЦИИ»

4. Шемякин Е. И., Открытие № 400. Явление зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок // БИ. 1992. № 1. – С. 3.

5. Мурашев В.И. Разработка научных основ безопасного ведения горных работ в угольных шахтах на основе исследования геомеханических процессов: Автореферат дис. докт. техн. наук. – М., 1980. – С. 36.

6. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. Макеевка – Донбасс, 1989. – С. 319.

7. Козырева Е.Н., Брюзгина О.В. Компьютерные карты распределения газового потенциала массива для решения горных задач // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. 2009. С. 118 121.

АНАЛИЗ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД НА РАЗРЕЗАХ

«ТАЁЖНЫЙ», «ЮЖНЫЙ» И «БЕРЁЗОВСКИЙ»

Матузко Д.С., Пантелеева Л.П.

Кузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачева, филиал в г. Прокопьевске lp_panteleeva@mail.ru Состояние окружающего полезное ископаемое породного массива характеризуется определнными физико-механическими свойствами. Достоверные сведения о физикомеханических свойствах горных пород позволяют заблаговременно составить представления о характере возможных деформаций и степени устойчивости обнажений массива, а также служат основанием для разработки и внедрения наиболее эффективных методов разрушения горных пород при ведении горных работ, при креплении и поддержании горных выработок [1].

Под физическими свойствами горных пород понимают их способность взаимодействовать с естественными полями Земли (гравитационным, магнитным, тепловым) или с искусственно созданными физическими полями (волновым, радиоактивным, полем давлений флюидов, оптическим и другими, создаваемыми в горных породах). К физическим свойствам относятся: плотность, пористость, влагомкость, теплопроводность, проводимость звука, электрического тока и др.

Под механическими свойствами горных пород понимают характеристики, определяющие способность пород противостоять деформированию и разрушению в сочетании со способностью упруго или пластически деформироваться под действием внешних механических сил. К механическим свойствам относятся: прочность, упругость, пластичность, крепкость, тврдость, контактная прочность, абразивность.

Инновационный конвент «КУЗБАСС: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ИННОВАЦИИ»

Значение физико-механических свойств горных пород необходимо учитывать при проведении подготовительных горных выработок, скважин различного назначения и выемке полезного ископаемого. С их учтом следует производить предварительный выбор долот для различных интервалов бурения, а также проектирование режимов бурения, осуществлять выбор типа бурового раствора и его свойств, методов вскрытия продуктивного пласта и конструкций призабойной части скважины, разрабатывать меры для предупреждения возможных осложнений в процессе бурения. Физико-механические свойства горных пород являются составной частью исходных данных при составлении проектов разработки месторождений полезных ископаемых любого типа, т.к. по этим данным выбирают горное оборудование, способ управления кровлей, углы откосов бортов карьера, отвалов горных пород и т.п.

Объект исследования - физико-механические свойства горных пород на разрезах «Тажный», «Южный», «Берзовский».

Цель работы: выявить особенности физико-механических свойств горных пород Прокопьевско-Киселевского месторождения на примере отдельных разрезов.

Решение задачи.

1. Систематизация информации о физико-механических свойствах горных пород разрезов «Тажный», «Южный», «Берзовский».

2. Составление диаграмм физико-механических свойств горных пород, подвергшихся выветриванию и незатронутых выветриванием.

3. Анализ физико-механических свойств горных пород на разрезах «Тажный», «Южный», «Берзовский».

В ходе данной работе осуществлялось исследование горных пород разрезов «Тажный», «Южный» и «Берзовский»: алевролитов и песчаников, подвергшихся выветриванию и не затронутые им, по перечисленным ниже физико-механическим свойствам.

1. Влажность.

2. Пористость.

3. Угол внутреннего трения.

4. Временное сопротивление сжатию.

5. Временное сопротивление растяжению.

6. Сцепление.

По результатам исследований пород, подвергшихся выветриванию, наибольшая влажность у алевролитов на разрезе «Тажный» - 4,93%, а наименьшая – у песчаников на разрезе «Берзовский» - 2,54%.

Инновационный конвент «КУЗБАСС: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ИННОВАЦИИ»

Наибольшая пористость у алевролитов на разрезе «Тажный» - 17,59%, а наименьшая пористость у песчаников на разрезе «Берзовский» - 7,9%.

Наибольший угол внутреннего трения у алевролитов на разрезе «Берзовский» - 59о, а наименьший угол у песчаников на разрезе «Южный» - 36о.

Наибольшее временное сопротивление сжатию у алевролитов на разрезе «Берзовский» - 41,1 МПа, а наименьшее у алевролитов на разрезе «Тажный» - 10,5 МПа.

Наибольшее временное сопротивление растяжению у алевролитов на разрезе «Берзовский – 2 МПа, а наименьшее у песчаников на разрезе «Южный» -1,6 МПа.

Наибольшее сцепление у песчаников на разрезе «Южный» - 5,2 МПа, а наименьшее у алевролитов на разрезе «Тажный» - 1,8 МПа.

По результатам исследований пород, не затронутых выветриванием, наибольшая влажность у алевролитов на разрезе «Южный» - 2,94%, а наименьшая – у песчаников на разрезе «Берзовский» - 1,16%.

Наибольшая пористость у алевролитов на разрезе «Тажный» - 10,43%, а наименьшая пористость у песчаников на разрезе «Берзовский» - 3,31%.

Наибольший угол внутреннего трения у алевролитов на разрезе «Берзовский» - 61о, а наименьший угол у песчаников на разрезе «Тажный» - 42о.

Наибольшее временное сопротивление сжатию у песчаников на разрезе «Берзовский» - 81 МПа, а наименьшее у алевролитов на разрезе «Тажный» - 26,2 МПа.

Наибольшее временное сопротивление растяжению у песчаников на разрезе «Берзовский – 8,1 МПа, а наименьшее у алевролитов на разрезе «Южный» - 3 МПа.

Наибольшее сцепление у песчаников на разрезе «Берзовский» - 18,9 МПа, а наименьшее у алевролитов на разрезе «Тажный» - 5,7 МПа. [2], [3], [4] Вывод. Состав горных пород угленосной толщи разрезов «Тажный», «Южный», «Берзовский» схожий, но свойства отличаются в той или иной мере. Следовательно, при решении практических задач на каждом из названных предприятий, необходимо учитывать специфику литологического состава горных пород.

Список литературы:

1. Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. – СПб., 1998. – 208с.

2. Проект отработки запасов угля открытым способом в границах горного отвода ООО «Шахта «Северный Маганак» / Кемерово. 2007. Т. 1.

3. Геологические данные по разрезам «Тажный», «Южный».

4. Ананьев В.П. Инженерная геология: учеб. для строит. спец. вузов. М.: Высшая школа, 2009 – 575 с.

Кузбасс является угольным сердцем России, где в 2012 году были добыты рекордные 200 млн. тонн угля, а к 2020 году добыча увеличится более чем в два раза. Главным приоритетом развития угольной отрасли региона должно стать применение безопасных технологий путм увеличения доли добычи угля открытым способом, а также использования предварительной дегазации угольных пластов. Вс это будет сопровождаться значительным увеличением объма буровых и буровзрывных работ.

Второй отличительной особенностью развития экономики региона является увеличение объмов строительства жилья и объектов инфраструктуры городов. При этом расширяется сфера использования новых технологий бестраншейной прокладки коммуникаций на территориях существующей застройки – технологий горизонтального и горизонтально-направленного бурения.

Качество проведения как вертикальных, так и горизонтальных буровых работ определяется точностью позиционирования платформы бурового станка, а также точностью положения в пространстве исполнительного органа – буровой коронки. Так при проходке буровзрывных скважин на угольных разрезах постоянный мониторинг горизонтальности платформы бурового станка исключит заклинивание и последующую поломку бурового става. Постоянный мониторинг положения бурового инструмента при горизонтальном бурении, с последующей его корректировкой, позволит обеспечить точность выхода инструмента в завершающей фазе бурения.

Таким образом, целью проекта стали:

разработка функциональной и элементной схемы автоматической телеметрии и мониторинга положения в пространстве элементов буровых станков вертикального бурения;

отслеживание положения базовой рамы бурошнековой машины, каретки с вращательно-падающим механизмом и бурошнекового инструмента в подвижной колонне обсадных труб буровых станков горизонтального бурения;

Инновационный конвент «КУЗБАСС: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ИННОВАЦИИ»

разработка программного обеспечения для отслеживания, фильтрации и визуализации данных с датчиков.

Принцип работы системы основывается на принятии и обработке показаний с платы датчиков, где расположены трхосевые гироскоп и акселерометр. По данным гироскопа вычисляется угол его отклонения, а при помощи акселерометра определяется направление и ускорение отклонения.

Основными функциональными элементами электронного устройства непрерывного мониторинга являются:

датчик (первичный преобразователь), включающий гироскоп и компасакселерометр;

- микроконтроллер;

- помехоустойчивая линия связи

- вычислительное устройство;

Если контролируется положение буровой коронки, то датчик должен быть дополнен излучателем, а по пути бурения должен находиться модуль с примником.

Современная электронная промышленность выпускает достаточно разнообразную гамму элементов таких функциональных устройств. Разработанный авторами прототип включает (рис. 1):

трхосевой микроэлектромеханический (MEMS) гироскоп L3GD20 – 1;

трхосевой MEMS компас-акселерометр LSM303DLHC – 2;

микроконтроллер p89lpc932a1 c установленной операционной системой – 3;

LIN трансмиттер TJA1021 – 4;

вычислительный модуль на основе одноплатного компьютера EBOX-3350MX – 5;

источник стабилизированного питания;

специализированное программное обеспечение.

–  –  –

Инновационный конвент «КУЗБАСС: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ИННОВАЦИИ»

Таким образом, разработанная система имеет 6 степеней свободы и позволяет измерять:

- с помощью гироскопа – величину угловой скорости крена, тангажа и рысканья;

- с помощью компаса-акселерометра – проекции ускорения на оси x,y,z.

Гироскоп имеет встроенный датчик температуры для компенсации дрейфа нуля.

Следует отметить, что выходные сигналы с гироскопа очень сильно зашумлены и наблюдается сильный дрейф нуля, так же есть накапливающаяся ошибка в результате суточного вращения Земли.

Компас-акселерометр представляет собой высокой чувствительности компас с присоединнным к нему акселерометром, необходимым для вычисления поправки. Дело в том, что когда компас находится в горизонтальном положении, его показания достаточно точны, а стоит его наклонить, как в выходных данных начинается хаос и неразбериха. Для устранения этой проблемы необходимо высчитать отклонение, которое определяется положением интегральной микросхемы в пространстве.

Микроконтроллер (МК) используется в качестве «сборщика» информации, он «собирает» данные с датчиков, подключенных по интерфейсу I2C, и передает их по помехозащищнному каналу LIN к вычислительному модулю.

Разработка программного обеспечения выполнялась в средах программирования:

Delphi 7 и Atmel Studio 6. При этом использовались языки программирования: Object Pascal и

C++. Программное обеспечение выполняло следующие функции:

согласование работы всей системы;

фильтрация шумов;

визуальное отображение положения датчиков в пространстве;

сохранение данных.

Согласование работы системы обеспечивалось соответствующей коммутацией функциональных элементов согласно рис. 1. Фильтрация шумов осуществлялась с использованием алгоритма Калмана. Визуализация положения датчиков в пространстве представлена на рис. 2, где показаны значения сигналов с акселерометра (ACC), гироскопа (ROT) и компаса (Compass) до и после фильтрации. По положению белой отметки в чрном квадрате можно оценивать горизонтальность расположения датчиков в пространстве.

Таким образом, разработанную систему позиционирования уже можно использовать для непрерывного мониторинга горизонтальности положения платформы бурового станка вертикального бурения. Машинисту станка достаточно, имея на мониторе изображение (рис.

Инновационный конвент «КУЗБАСС: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ИННОВАЦИИ»

2), осуществить корректирующие управляющие воздействия на работу соответствующих гидроцилиндров, обеспечивающих наклон платформы. Достаточно совместить белую метку с центром чрного квадрата.

Дальнейшая работа по внедрению системы будет заключаться в исключении машиниста из процесса корректировки положения платформы.

Рис. 2. Интерфейс программы визуализации

Мониторинг положения узлов машин горизонтального бурения, как указывалось выше, требует установки трх датчиков, оценивающих положение в пространстве различных узлов бурового станка: базовой рамы бурошнековой машины, каретки с вращательнопадающим механизмом и бурошнекового инструмента. Это потребует, в свою очередь, усложнения функциональной структурной схемы системы и изменения интерфейса программы.

Заключение. Скомпонованная из функциональных блоков автоматическая система оценки положения исполнительных органов горных машин является пока прототипом реальной системы, тем не менее, она доказала свою работоспособность. До конца не решена задача эффективной фильтрации данных. Следующим шагом в е решении станет экспериментальное получение параметров фильтрации данных, а также переход на помехоустойчивую сеть CAN. Разработано программное обеспечение, позволяющее обрабатывать, фильтровать и визуализировать данные. Следующим этапом работы будут установка комплекта и проведения экспериментов на реальном оборудовании.

В последнее время в угольной промышленности России критического значения достигли частота и размеры аварий и катастроф на подземных угольных п редприятиях.

Наиболее значительные из них связаны со взрывами метана, выделяющегося из угольных пластов. Безопасная работа шахтеров во взрывоопасных условиях требует надежной и комплексной дегазации угольных пластов. 26.07.2010 г. Президентом РФ Д.А. Медведевым был подписан Закон об обязательной дегазации шахт [1].

На сегодняшний день в дегазации угольных шахт Кузбасса широко используется способ дегазации пластов бурением скважин. В процессе бурения ось скважины отклоняется по вертикали. Причиной искривления, отмечаемого при вращательном бурении, является неустойчивость оси бурового инструмента, представляющего длинный и гибкий стержень (а при роторном бурении к тому же вращающийся). Искривлению скважин способствует чередование горных пород различной твердости, залегающих с разными углами падения.

При бурении искривленной вертикальной скважины проявляется ряд осложнений:

– нарушается проектная сетка размещения забоев скважин, что может привести к снижению их суммарного дебита, необходимости бурения дополнительных скважин;

– более интенсивно изнашиваются бурильные трубы, бурильные замки и соединительные муфты, что приводит к увеличению числа аварий с бурильной колонной;

– осложняются спуско-подъемные работы и т. д. [2].

Для получения информации об искривлении скважины сегодня применяется измерительная аппаратура, позволяющая определять положение оси ствола скважины в пространстве. Эти приборы – инклинометры – спускают в скважину на специальном кабеле, что достаточно трудоемко.

В случае, если бурение производится горизонтально или вертикально снизу вверх, то современные способы либо не могут быть применимы, либо имеют низкую точность и высокую трудоемкость измерений.

Цель исследований – разработка устройства, измеряющего отклонения пробуренной скважины в любом направлении.

Задачи:

Инновационный конвент «КУЗБАСС: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ИННОВАЦИИ»

1. Создание самодвижущегося зонда, измеряющего отклонения скважины от намеченной траектории и способного перемещаться как по горизонтальным скважинам, так и по вертикальным в любом направлении.

2. Обеспечение передачи видеоинформации и информации об отклонениях на пульт оператора в реальном времени.

Разрабатываемое устройство относится к робототехнике, предназначено для измерения отклонений пробуренной дегазационной скважины. Область применения – горная отрасль.

Основой установки является трехопорное самоцентрующееся в цилиндрической скважине подпружиненное шасси, которое распирается внутри скважины для достаточного сцепления привода со стенками скважины.

Устройство состоит из корпуса, передняя часть которого прозрачна. К корпусу прикрепляется трехопорное самодвижущееся самоцентрующееся шасси. Внутри корпуса устанавливается видеокамера, которая подключена к установленному внутри корпуса блоку с радиоэлектронным оборудованием и датчиками измерения угловых отклонений. Каждая часть самоцентрующегося шасси состоит из механизма, обеспечивающего самоцентровку шасси, двух электродвигателей, зубчатой передачи, передающей вращение с электродвигателя на приводной вал, приводного вала, синхронизатора вращающего момента первого и второго двигателя, установленного на валу, редуктора, передающего вращение с приводного вала на колеса робота. Также в корпусе закреплен вал с установленном на нем датчиком оборотов. На валу закреплено измерительное колесо.

Робототехническую систему помещают внутрь скважины прозрачной передней частью вперед по направлению вглубь скважины. При подаче управляющего сигнала с пульта управления в блок с помощью механизма производится центровка положения робота внутри скважины. Далее с пульта дистанционного управления включают видеокамеру. Робот переходит в состояние готовности к проведению измерений и движению. При подаче управляющего сигнала с пульта дистанционного управления на движение вперед запускаются пары электродвигателей в каждой из частей самодвижущегося самоцентрующегося шасси.

Через зубчатые передачи вращающий момент с электродвигателей передается на приводной вал. С приводного вала вращающий момент с помощью редукторов передается на валы колес. Для обеспечения синхронного вращения колес и возможностью перераспределения мощности электродвигателей между второй и третьими осями колес на приводном валу устанавливается синхронизатор. Для точного измерения пройденного

Инновационный конвент «КУЗБАСС: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ИННОВАЦИИ»

расстояния применяется измерительное колесо, которое установлено на вал. На валу установлен датчик, подсчитывающий количество оборотов измерительного колеса. Данные с датчика, поступают в блок с радиоэлектронной аппаратурой, где обрабатываются и передаются на пульт оператора для дальнейшей обработки. В процессе движения внутри скважины датчики измерения угловых отклонений, установленный в блоке, фиксирует угловой наклон и поворот корпуса робота. Данные с датчиков угловых отклонений обрабатываются в блоке с электронной аппаратурой и передаются на пульт оператора для дальнейшей обработки. Данные, полученные на пульт оператора от электронного блока, такие как количество оборотов измерительного колеса, угловые вертикальные и горизонтальные отклонения, обрабатываются специальным программным обеспечением, которое в реальном времени выводит на экран пульта оператора трехмерную модель скважины, построенную по полученным данным. Также на пульт оператора выводится изображение с видеокамеры. Программное обеспечение позволяет в дальнейшем сохранять в памяти пульта управления полученную модель скважины, передавать ее на печатающее устройство для вывода на печать, а также передавать ее на другие компьютеры для дальнейшей обработки и сохранения полученных данных.

Для пульта управления предполагается разработка специального программного обеспечения, позволяющего контролировать не только перемещение мобильного робота, но и снимать в автоматическом режиме показания с различных датчиков мобильного робота и строить по ним трехмерную модель скважины в реальном времени.

Такое конструктивное решение робота делает его способным перемещаться внутри скважин как вертикально вверх, так и горизонтально вдоль скважины, при этом производить измерения отклонений скважины и передавать информацию на пульт оператора в режиме реального времени.

Эффект, полученный в результате внедрения инноваций.

1. Снижение трудоемкости замеров.

2. Повышение точности результатов.

3. Повышение оперативности проведения измерений.

Планируемые научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы:

а) Создание и испытание шасси робота

б) Создание системы управления шасси и е испытание

в) Разработка и установка системы учта отклонений

г) Разработка программного обеспечения, сборка готовой модели и е тестирование.

Прокопьевско-Киселевский угольный район характеризуется высокачественными коксующимися углями. Угольный пласты входят в состав угленосной толщи содержащей комплекс осадочных пород с различными физико-механическими свойствами.

Разработка угольных пластов подземным способом приводит к изменению напряженного состояния горных пород и их сдвижению, проявляющемуся в образовании зоны сдвижения в массиве и на земной поверхности.

Сдвижения и деформации горных пород и земной поверхности могут вызвать значительные повреждения в объектах вплоть до их полного разрушения. Кроме перечисленного, увеличиваются водопроницаемость и газопроницаемость пород вокруг выработанного пространства, изменяется гидрогеологический режим поверхностных и грунтовых вод, активизируются оползневые процессы.

Физико-механические свойства горных пород являются одним из основных факторов определяющих размеры зоны влияния подземных разработок, величины и характер

Инновационный конвент «КУЗБАСС: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ИННОВАЦИИ»

деформаций, скорости роста деформация и продолжительность процесса сдвижения горных пород и земной поверхности.

Каждый грунт имеет свои, только ему присущие свойства. В оценке свойств грунтов, наибольшее значение имеют физико-механические характеристики. Значения показателей этих характеристик позволяют выполнять расчеты необходимые при проектировании и эксплуатации горного предприятия.

Характеристики физических свойств выражают физическое состояние грунтов (плотность, влажность и др.) и позволяют их классифицировать по типу, виду и разновидностям. Механические – это такие свойства, которые появляются в грунтах под воздействием внешних усилий (давления, удара). Механические свойства оцениваются прочностными и деформационными характеристиками грунтов.

Показатели физических и механических свойств скальных и н ескальных грунтов между собой довольно значительно различаются, особенно физические.

Нескальные дисперсные грунты характеризуются значительно большим количеством физико-механических свойств, особенно физических, чем скальные грунты. Это связано с их химико-минеральным составом, разнообразием структур и текстур.

Объект исследования – физико-механические свойства горных пород на ООО «Шахта Зиминка», ООО «Шахта №12», ООО «Шахта им. Ворошилова».

Цель работы: выявить особенности физико-механических свойств горных пород на шахтах Прокопьевско-Киселевского угольного района.

Решение задачи.

1. Систематизация информации о физико-механических свойствах горных пород на ООО «Шахта Зиминка», ООО «Шахта №12», ООО «Шахта им. Ворошилова».



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 20 |





















 
2016 www.nauka.x-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Книги, издания, публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.