Карта научных проектов: Институт горного дела, геологии и геотехнологий

Снижаем затраты на бурение

Повышение энергетической эффективности шарошечного бурения и ресурса долот с применением адаптивных рабочих органов за счёт интеллектуального управления в режиме реального времени.

В ближайшее десятилетие в России ожидается значительный рост годовых объёмов бурения в сфере открытых горных и строительных работ (более 60–70 млн. м3). При существующих способах бурения потребуется более 300–350 тысяч единиц бурового инструмента. Ежегодные эксплуатационные затраты на бурение скважин достигнут более 30 млрд руб., из которых примерно 35–50 % составят затраты на буровой инструмент.

Известно, что самым ответственным и высоконагружаемым звеном бурового станка является система «Вращательно-подающий орган — рабочий орган — система управления» (ВПО-РО-СУ), включающая механизмы подачи и вращения, буровой став и шарошечный буровой инструмент. Эта система практически не совершенствуется, поэтому производительность буровых станков существенно снизилась, постоянно растут затраты на буровые работы. Существующие системы управления бурением (СУБ) неэффективны и требуют значительного занижения механической скорости бурения из-за больших ударных нагрузок, вибрации и возможного отказа шарошечного долота в процессе прохождения элементов сложноструктурного породного массива. Современные методы создания вращательно-подающих органов буровых станков и автоматизации процессов бурения не учитывают физику процессов, происходящих при динамическом взаимодействии шарошечного инструмента с породным массивом, характеризующимся изменением прочностных и структурных характеристик.

Целью проекта, выполняемого под руководством профессора кафедры горных машин и комплексов А. О. Шигина при поддержке гранта Президента для молодых докторов наук, является создание научных основ оптимизации шарошечного бурения сложноструктурных породных массивов и адаптации оптимизационной модели путём анализа накапливаемых данных о выполнении текущей оптимизационной моделью установленных требований минимальной себестоимости, максимальной производительности, индивидуальных оптимумов ресурса или производительности.

Также планируется разработка адаптивных рабочих органов, эффективно компенсирующих динамические нагрузки и позволяющих своевременно корректировать режимные параметры применительно к горнотехническим и климатическим условиям различных месторождений Сибири.

Будут созданы алгоритмы функционирования интеллектуальной экспертной системы управления, использующей энергетический критерий оптимизации, осуществляющей корректировки режимных параметров в минимальные интервалы времени, соразмерные периодам возникновения и развития динамических процессов взаимодействия долота с породой.

На основе полученных результатов возможна разработка новых технологических решений по увеличению энергетической эффективности и ресурса шарошечных долот при бурении адаптивными рабочими органами, а также для своевременного регулирования значений режимных параметров процесса шарошечного бурения с использованием интеллектуальной экспертной системы управления и снижения себестоимости процесса шарошечного бурения. Далее планируется адаптация полученных в данной работе решений к буровым станкам и установкам отечественного и зарубежного производства, применяемых для бурения скважин различного назначения при создании роботизированных и автоматизированных комплексов «Интеллектуальный карьер», «Интеллектуальная нефтяная (газовая) скважина», безлюдных технологий бурения на всех этапах технологического цикла.

Сроки выполнения: 2018–2019.

Металл из хвоста

Разработка интеллектуальной системы контроля свойств и качества руды в процессе бурения и транспортировки при подземной отработки полиметальных руд.

Актуальность проекта, проводящегося под руководством профессора кафедры горных машин и комплексов А. О. Шигина, обусловлена тем, что снижение качества сырьевой базы горных предприятий определяет необходимость увеличения производственной мощности рудников, требует повышения извлечения полезных компонентов из руды при её обогащении и снижения затрат на добычу и транспортировку горной массы. Однако в условиях отработки многокомпонентных руд из рудников, как правило, выдаётся товарная руда резко различающегося качества, что создаёт неблагоприятные условия для последующего обогатительного передела. В результате существенно снижается эффективность технологических операций обогащения, и значительная часть металлов уходит с хвостами.

Существует необходимость «усреднения» горной массы по качеству для выдачи из рудоспуска сырья с необходимым содержанием полезных компонентов. В связи с этим актуальной становится задача дифференцирования (информационного и логистического распределения) компонентов добываемой горной массы в процессе технологического цикла.

На первом этапе технологического цикла добычи руды осуществляется веерное бурение скважин в очистном забое буровой машиной. Здесь происходит считывание информации о бурении с датчиков, установленных на машине и сохранения этой информации в регистре данных. После этого данные скачиваются на персональный компьютер. Далее происходит обработка информации, получается подробная томографическая модель, где указано расположение различных типов породы в очистном забое. Эта информация передаётся в отдел взрывных работ.

Второй этап предполагает проведение взрывных работ — используется метод взрывоселекции, предполагающий разновременное взрывание зарядов ВВ, расположенных в рудной и породной частях массива. В результате отбойки навал горной массы приобретает волнообразную форму. В нём чётко разграничиваются рудная и породная массы. Для жильных и вкраплённых пород используется другой метод взрывоселекции.

Изменение параметров буровзрывных работ заключалось в сгущении шпуровых зарядов по жиле и соответствующем разряжении во вмещающих породах. За счёт этого производится регулирование кусковатости отбиваемых пород, что вследствие позволяет сконцентрировать руду и пустую породу в различающихся по крупности классах.

Третий этап процесса — погрузочно-доставочный. После проветривания забоя происходит осмотр взорванного блока горной массы. Даются рекомендации водителям погрузочно-доставочных машин. Транспортировка руды непосредственно осуществляется в рудоспуск, а пустая руда идёт в закладку отработанных камер. В результате на обогатительную фабрику поступает руда с высоким содержанием полезного компонента, и это существенно снижает затраты на обогащение руды.

Объёмная томографическая модель породного массива

Для оценки качества и расположения пород в массиве применяемые буровые машины оснащаются необходимыми датчиками для косвенного определения крепости, трещиноватости, структуры в целом. Построение ОТМ осуществляется с использованием ОТМ, полученных на пройденных участках. Данные, получаемые при бурении накапливаются в базе знаний и могут поступать в центральный диспетчерский пункт в режиме реального времени.

Сроки выполнения: 2018–2019.

Уголь — высший сорт!

Выбор и обоснование параметров горнотранспортного оборудования для получения сортового угля в разрезе.

Уголь, являясь наиболее обеспеченным запасами топливным ресурсом, представляет стратегическую важность в мировой энергетике и энергетике России. Основными факторами повышения конкурентоспособности угля по сравнению с другими энергоносителями является улучшение качества готовой продукции, экологизация и ресурсосбережение в процессе добычи, транспортировки и временного хранения.

На рынке в основном представлен рядовой уголь, характеризующийся нестабильными гранулометрическими характеристиками. В тоже время для топок со слоевым сжиганием топлива целесообразно использовать сортовой уголь, повышающий эффективность их работы.

Сортовой уголь получают путём его рассортировки по классам крупности на грохотах, устанавливаемых в местах добычи, пунктах пересечения транспортных коммуникаций, на складах перегрузки и временного хранения. При транспортировке угля от забоя до места переработки происходят его потери, измельчение при разгрузке, уменьшение теплотворной способности при хранении, вследствие воздействия осадков и солнечной радиации. Доставка полученного сортового угля потребителю также зачастую осуществляется навалом, что снижает качественные и количественные характеристики. Тройная перевалка сортового угля навалом превращает его в рядовой.

Цель исследования, проводящегося аспирантом кафедры горных машин и комплексов А. О. Муленковой под руководством профессора кафедры горных машин и комплексов И. И. Демченко, состоит в научном обосновании технологии получения сортового угля с учётом экономичности, ресурсосбережении и экологичности процессов. Предполагается, что получение сортового угля с сохранением его качественных и количественных характеристик до использования обеспечивается переносом звена переработки непосредственно в забой разреза и доставкой готового сортового продукта до потребителя в специализированных контейнерах.

Звено переработки устанавливается в технологическую цепочку следом за добычным экскаватором типа механическая лопата и состоит из дробильного, сортировочного и конвейерного оборудования. Следом находится звено транспортировки, включающее в себя технологическое автотранспортное средство, главной отличительной особенностью которого является то, что в качестве грузонесущих элементов на его платформе установлены специализированные контейнеры.

В ходе исследования обоснована технология получения сортового угля, определена номенклатура и обоснованы параметры горнотранспортного оборудования, разработана математическая модель и определены технологические требования для совместной работы добывающего, перерабатывающего и транспортного оборудования с целью получения сортового угля в разрезе.

Сроки выполнения: 2016–2019.

Вы можете отметить интересные фрагменты текста, которые будут доступны по уникальной ссылке в адресной строке браузера.