# 2 Направления автоматизации добычного комплекса драг

Михаил Львович Суздальницкий

Статья предназначена для специалистов, работающих в области автоматизации и эксплуатации драг. Она содержит анализ основных тенденций развития автоматизации добычного комплекса драг, их сравнительную оценку. Приводит доказательство наибольшей перспективности направления, предложенного ВНИИ-1, основанного на регулирования скорости бокового перемещения драги по нагрузке привода носовых лебедок и регулировании скорости черпания по нагрузке привода бочки.

Вопросами автоматизации добычного комплекса драг в середине прошлого столетия занимался ряд организаций: в Свердловске- Горный институт , в Новосибирске- институты Комплектного электропривода и Электротехнический, в Красноярске- НПО “Сибцветметавтоматика”, в Магадане- институт золота и редких металлов (ВНИИ-1). Причина повышенного интереса к этому вопросу объяснялась следующим: Во-первых- процесс управления состоит из небольшого количества операций, часть из которых несложно автоматизировать. Во-вторых, разные драгеры в одних и тех же условиях обеспечивали не одинаковую производительность, это позволяло надеяться, что автоматизация позволит не только компенсировать недостаток навыков слабых драгеров, но и поможет опытным улучшить их показатели. В третьих, новизна вопроса и предполагаемая легкость переноса опыта автоматизации из других отраслей народного хозяйства создавали предпосылки для быстрого продвижения в научном плане.

При ручном управлении драгированием производительность колеблется в связи с постоянно меняющимися условиями драгирования. Задача драгера заключается при отработке пород малой и средней крепости в поддержании производительности соответствующей оптимальной нагрузке обогатительно- транспортного комплекса (ОТО), а при отработке пород высокой крепости- максимального к ней приближения. Превышение этой нагрузки ведет либо к росту потерь полезного компонента, либо к перегрузке и забуторке оборудования. Драгеры, в особенности, избегают последнего обстоятельства. Для поддержания требуемой производительности нужна коррекция параметров драгирования. Причем ее нужно производить тем чаще, чем ближе стремится драгер приблизиться к оптимальной нагрузке ОТО. В абсолютном большинстве случаев производительность существенно ниже требуемой. Степень приближения к ней зависит от квалификации драгера, степени его усталости, старательности.

Какой же резерв производительности скрыт за несовершенством ручного управления драгированием? Экспертная оценка показывает, что усовершенствование управления драгированием может повысить производительность приблизительно на 20%, однако, экспериментальная проверка дает более высокие результаты. Так, например, на одной из колымских драг лабораторией автоматизации ВНИИ-1 проверялась эффективность управления приводом носовых лебедок по нагрузке их двигателей. Было отработано 20 забоев в чередующихся режимах. Один забой отрабатывался с традиционным ручным управлением, а следующий с управлением носовых лебедок по нагрузке их двигателей. После него опять традиционное управление и т.д. Объем отработанных пород по каждому забою замерялся маркшейдером, а чистое время драгирования- специальным прибором, включающимся только при работающем приводе черпаковой цепи. Эксперимент показал, что предложенное управление в условиях проводившихся испытаний обеспечивает рост производительности драги на 28%. А предлагаемые системы автоматического управления добычным комплексом включают в себя не только совершенствование управление носовыми лебедками, но и ряд других мероприятий. Надо думать, что внедрение систем автоматического управления добычным комплексом (САРДК) обеспечит рост производительности драг не менее 30%. Но почему же внедренные системы такого роста не обеспечили? Драга может переработать объемов не более, чем ей подготовлено (оттаяно, вскрыто и т.д.), Увеличение объемов подготовки требует увеличения вскрышной техники, бурильных станков, игл для гидрооттайки, шлангов, труб и т.п., а это все требовало увеличения плана. Руководители же предприятий были заинтересованы не в повышении плана, а в надежности его выполнения. Поэтому внедрение САРДК никогда не сопровождалось увеличением объемов подготовки пород к выемке и, как следствие, существенным ростом годовых объемов переработки горной массы.

В современных условиях внедрение САРДК может дать реальный эффект и потому целесообразно продолжить работы по их совершенствованию и внедрению. Мне могут возразить, что существование драг в скором времени прекратится в связи с отработкой пригодных для них крупных россыпей. Действительно новых берелехов, алданов и чай-урий не предвидется. Но зарубежный опыт показывает, что быстро монтируемые блочно- модульные драги могут успешно перерабатывать и некрупные месторождения. Кроме того, с повестки не снимается и вопрос повышения эффективности работающих драг, а в недалеком будущем начнется переработка техногенных запасов.

В этом плане нужно разобраться какие из найденных решений наиболее эффективны и в каком направлении должны быть направлены дальнейшие действия.

Во всех разработанных САРДК регулирование производительности осуществляется автоматическим изменением скорости носовых лебедок. При отработке пород малой и средней крепости таким путем поддерживается постоянство производительности. При отработке пород высокой крепости, когда производительность ограничивается установленной мощностью привода черпаковой цепи (ЧЦ), регулирование скорости носовых лебедок ведут во всех системах по нагрузке привода ЧЦ. Поддержание постоянства производительности обеспечивается путем поддержания постоянства нагрузки привода бочки. Изменение дифферента драги обусловливает погрешность измерения производительности. Кроме того, при неизменной подаче породы в бочку нагрузка ее привода пульсирует с частотой, равной частоте вращения бочки. Это связано с ее искривлениями и несовпадением ее оси с осью ее вращения. Как видно, выбранный способ далеко не идеален, но другого такого же простого не придумано. Выбор толщины отрабатываемого слоя (t) и величины зашагивания производится вручную.

САРДК, разработанные СГИ, СибЦМА и НЭТИ [1,2,3] при отработке пород малой и средней крепости предусматривают регулирование скорости бокового перемещения (Vб) по нагрузке привода бочки. Скорость черпания (Vч) устанавливается равной произведению Vч на коэффициент, зависящий от t, измеренной в углу забоя. В САРДК ВНИИ-1 Vб регулируется по нагрузке привода носовых лебедок, а Vч – по нагрузке привода бочки [4]. Рассмотрим, что определяют эти различия. Для краткости в дальнейшем будут упоминаться разработчики только СГИ и ВНИИ-1.

•

В САРДК СГИ сигнал отклонения нагрузки бочки от

заданной воздействует непосредственно на привод рабочей носовой лебедки, заставляя ее увеличить скорость при недогрузке и снизить ее при перегрузке. Эта особенность ведет к запаздыванию реакции САР на изменившиеся условия драгирования, равного времени прохождения черпаком пути от момента загрузки черпаеа до момента его разгрузки. За время запаздывания черпаковая рама может продвинуться по забою на растояние превышающее 20м где условия драгирования могут отличаться от условий отрабатываемых САР. Поэтому такие САРДК не могут обеспечить равномерную нагрузку бочки.В САРДК ВНИИ-1 Vб регулируется по нагрузке привода носовых лебедок, постоянно обеспечивая максимально возможное наполнение черпаков. Поэтому при изменении нагрузки привода бочки Vч будет меняться до тех пор, пока нагрузка привода бочки сраняется с заданной и транспортное запаздывание с момента наполнения черпака до его разггрузки на равномерноость загрузки бочки не влияет.

•

В САРДК СГИ при отработке пород малой и средней

крепости скорость черпания (Vч) устанавливается в зависимости от скорости бокового перемещения (Vб) путем ее деления на определенный коэффициент, зависящий от толщины стружки. Этот коэффициент рассчитывается для каждой толщины стружки как тангенс угла резания кромкой черпака поверхности забойной площадки. Толщину стружки измеряют в углу забоя и считают, что она остается неизменной на протяжении отработки всего слоя. Такой прием обуславливает высокую погрешность ее определения в других точках забоя, связанную с многими причинами. Из них приведем только одну: Драгирование обязательно сопровождается изменением дифферента драги, вызываемого изменениями черпающего усилия. Если посмотреть с берегового мостика на привальный брус носовой стенки понтона хорошо видно, что он меняет свое положение относительно уреза воды. Размах этих колебаний зависит от крепости отрабатываемых пород и на 210- 250-литровых драгах может превышать 40 см. В настоящее время не изучена количественная связь между изменением дифферента драги и толщиной стружки, но существование такой связи очевидно. Поэтому реальная толщина стружки существенно отличается от замеренной в углу забоя и будущие САРДК должны быть основаны на других способах выбора Vч. Для измерения VБ в систему вводят специальное устройство, включающее в себя гирокомпас- относительно дорогой прибор с малым сроком службы. Толщину стружки устанавливает драгер. Следует отметить, что при выбранной толщине стружки и жесткой связи между Vб и Vч степень наполнения черпаков зависит только от ширины забойной площадки, для измерения которой нет средств контроля. Существуют лишь средства измерения величины зашагивания, но отождествлять его с шириной забойной площадки нельзя вследствие дрейфа рабочей сваи в эфельном отвале во время драгирования. Если ширина забойной площадки превышает определенный предел, то черпаками срезается больше пород, чем может транспортироваться ими в бочку, и система становится неработоспособной. Драгер в этой ситуации вынужден уменьшить толщину стружки. Но САР не умеет определять величину скорректированной толщины стружки и, соответственно, не может установить требуемую Vч. В подобных случаях переходят на ручное управление. В САРДК ВНИИ-1 Vч в любых случаях автоматически устанавливается минимально возможной для достижения требуемой производительности либо для максимального к ней приближения в данных условиях работы драги. Это обеспечивает минимальный расход электроэнергии приводом ЧЦ и минимальный удельный износ ЧЦ. Достигается это тем, что управление приводом носовых лебедок осуществляется по его нагрузке [5], что обеспечивает максимальное наполнение черпаков, а поддержание требуемой загрузки бочки- регулированием Vч, [6]. Если нагрузка бочки ниже заданной, а приводы ЧЦ или НЛ загружены полностью Vч увеличивают до тех пор пока нагрузка бочки не возрастет до заданной. А если приводы бочки, ЧЦ и НЛ недогружены, Vч снижают до тех пор, пока нагрузка приводов ЧЦ или НЛ не достигнет заданной [7]. Подробное описание приведено далее.

В САРДК ВНИИ-1 ни толщина стружки, ни Vб приборами не измеряется поскольку величины этих параметров в системе управления не используются. Толщина стружки выбирается путем опускания черпаковая рама настолько, чтобы при ее движении по забою вольтметр привода носовых лебедок показал снижение напряжения против номинального примерно процентов на 20. Такой прием объясняется следующим: нагрузка привода НЛ не зависит от его скорости при угле резания черпаемых пород боковой поверхностью черпака менее угла конусности. При превышении углом резания угла конусности происходит смятие пород боковой поверхностью черпака и нагрузка резко возрастает. Выше описанный прием позволяет поддерживать равенство угла резания углу конусности без измерения толщины стружки и каких либо действий с результатом измерения. В САРДК СГИ измерение Vб и толщины стружки является обязательным условием работоспособности системы и средства их измерения – обязательные элементы комплекта системы.

САРДК СГИ предназначена для использования регулирования скорости черпания как при постоянном моменте, так и при постоянной мощности привода ЧЦ. САРДК ВНИИ-1 работает только при регулировании этого параметра при постоянном моменте. В режиме постоянной мощности она неработоспособна. Зато даже в ручном режиме обеспечивает простое и эффективное управление: бочка недогружена- увеличивай Vч , перегружена- снижай.

В САРДК СГИ не учитывается, что при измерении производительности по нагрузке бочки последняя зависит не только от производительности, но и монтажных искривлений бочки, несовпадения оси сеющей поверхности с осью вращения. На 250-литровой драге №186 СВЗ, например, размах колебаний нагрузки двигателя бочки по этой причине превышал 20%. Частота этих колебаний довольно низкая (0,13 Гц), поэтому фильтрация этих колебаний снижает быстродействие системы и создает предпосылки образования завалов бочки. В САРДК ВНИИ-1 эту проблему решили путем регулирования Vч по пикам нагрузки привода бочки (быстрая реакция на рост нагрузки этого привода и замедленная на ее падение.)

•

Максимальное наполнение черпаков, принятое В

САРДК ВНИИ-1, позволяя минимизировать расход электроэнергии приводом ЧЦ, обусловливает повышенные потери металла за счет просоров при разгрузке черпаков в бочку. Снизить эти потери станет возможным после появления средств контроля наполнения черпаков вблизи нижнего черпакового барабана путем регулирования Vб по этому параметру. Такие средства контроля разрабатываются производителями многочерпаковых дноуглубительных снарядов. Драги оснащенные САРДК СГИ часто работают с Vч, которую можно было бы снизить, .что также ведет к повышенным потерям металла при разгрузке черпаков.

•

САРДК СГИ предусматривает неизменность

отношения Vб /Vч на протяжении отработки всего слоя. Меняющиеся условия драгирования и ошибки драгера при выборе толщины стружки требуют корректировки этого отношения. Так, зачистка углов забоя, производимая с целью предупреждения уменьшения угла бортовых откосов по мере углубления забоя и, как следствие, снижения потерь металла в межходовых целиках, требует почти полного прекращения бокового перемещения без снижения скорости черпания, что невозможно при Vб / Vч =const. Снижение ширины забойной площадки, например, вследствие осыпания груди забоя, требует увеличения Vб, но Vб увеличится только после того как уменьшится нагрузка бочки. Запаздывание связано с тем, что черпакам с уменьшившимся наполнением нужно время, чтобы дойти до бочки.

САРДК ВНИИ-1 при изменении условий драгирования обеспечивает автоматическую корректировку отношения Vб /Vч. Так, в углах забоя Vб автоматически снижается вследствие возрастания нагрузки привода НЛ, т. к. она управляется по нагрузке этого привода, а Vч остается неизменной поскольку нагрузка бочки, по которой она регулируется, не изменилась. При снижении ширины забойной площадки нагрузка привода НЛ снижается вследствие этого Vб увеличивается, а Vч остается неизменным, поскольку нагрузка бочки не изменилась. Но при отработке крепких пород снижение ширины забойной площадки может не вызвать заметного снижения нагрузки привода НЛ и потому Vб не изменится, что обусловит снижение производительности ДК. Снизившаяся при этом нагрузка бочки вызовет рост Vч. При этом угол резания уменьшится и боковая поверхность черпаков перестанет упираться в черпаемые породы. Нагрузка привода НЛ снизится, что приведет к росту Vб и, соответственно производительности.

К особенностям САРДК ВНИИ-1 следует отнести и следующее обстоятельство: принятое в этой системе автоматическое регулирование Vб по нагрузке привода НЛ обуславливает его работу с нагрузкой равной номинальной, а в таких условиях при скорости ниже номинальной надежно работают только двигатели с принудительной вентиляцией. ИЗТМ ранее комплектовал свои драги двигателями с самовентиляцией.

Другая ранее упомянутая особенность этой системы заключается в том, что непременным условием ее работы является регулирование привода ЧЦ при постоянном моменте (изменением якорного напряжения). На старых драгах ИЗТМ в рабочем диапазоне регулирования Vч предусматривалось как при постоянном моменте, так и при постоянной мощности.

Для улучшения качества регулирования производительности в САРДК СГИ предложено корректировать Vб /Vч по усредненным результатам отработки предыдущего слоя [8]. В САРДК ВНИИ-1 практически каждый участок слоя отрабатывается в благоприятном для него режиме, что эффективнее чем в усредненных условиях.

Подводя итог изложенному, можно утверждать, что для совершенствования САРДК за основу следует брать вариант, предложенный ВНИИ-1.

Литература:

1.Коуров Г.Н., Самакаев В.Ф., Багаутинов Г.А., Царегородцев М.Е. “Исследование и внедрение системы автоматического регулирования добычного комплекса 250-литровой драги (сАРДК-250)// Тез. докл. (науч.– техн. семинар “Автоматизация технол. процессов и управление открытыми горными работами”). Свердловск. 1972г. С. 50-53.

2.Устройство автоматического регулирования добычного комплекса драги САРДК-3: Паспорт АЯР2.549.005 ПС. НПО “Сибцветметавтоматика”. 1984г.

3.Бургин Б.Ш., Аблавский М.Ш., Пуценко В.И. “Система автоматического поддержания соотношения линейных скоростей бокового перемещения и черпания при постоянной мощности 150-литровой драги//ЦНИИ и ТЭИ цветной металлургии. М. 1970г. С.21-25.

4.Суздальницкий М.Л., Иванова И.В., Цирер А. “Исследовать режимы драгирования и разработать средства, обеспечивающие повышение производительности 210- литровых драг ОСВЗ на 20-25%”: Отчет по НИР ВНИИ-1 № ГР 780 379 33; Инв.№ 02822021046; Магадан, 1981. 51с.

5. Суздальницкий М.Л., Иванова И.В., Гейде Ю.П. ”Способ автоматического управления процессом черпания многочерпаковых драг.” А.С. №723040 E 02F 3/16 Бюл. №11, 1980г.

6.Суздальницкий М.Л., Иванова И.В. “Способ управления процессом драгирования” А.С. №1071709 E 02 F 5/28/ Бюл. №5 1984.

7.Суздальницкий М.Л., Цирер А. “Способ управления процессом драгирования и устройство для его осуществления”. А.С. №968196 E 02 F 3/16. Бюл. №39 1982г.

8.Багаутинов Г.А., Багаутинов Г.Г., Садовников М.Е. “Способ управления добычным комплексом драги”. Патент Р.Ф. №2071532 E 02 F 9/20, 1997г.