1 500 1 http://romeka.rgf.rs/files/original/Doktorske_disertacije/DD_Petrovic_Branko/DD_Petrovic_Branko.2.pdf f1d2eb52877d4e7a0dc09b3186cb0972 PDF Text Text UNIVERZITET U BEOGRADU RUDARSKO - GEOLOŠKI FAKULTET Branko M. Petrović OPTIMIZACIJA DUŽINE STRELE ROTORNIH BAGERA U FUNKCIJI STABILNOSTI KOSINA I EFEKTIVNOSTI RADA NA POVRŠINSKIM KOPOVIMA LIGNITA SRBIJE doktorska disertacija Beograd, 2016. Mentor: dr Vladimir Čebašek, docent, Mehanika stena, Univerzitet u Beogradu, Rudarsko-geološki fakultet Članovi komisije: dr Vladimir Čebašek, docent, Mehanika stena, Univerzitet u Beogradu, Rudarsko-geološki fakultet dr Nebojša Gojković, redovni profesor, Mehanika stena, Univerzitet u Beogradu, Rudarsko-geološki fakultet dr Predrag Jovančić, vanredni profesor, Mehanizacija u rudarstvu i energetici, Univerzitet u Beogradu, Rudarsko-geološki fakultet dr Tomislov Šubaranović, docent, Površinska eksploatacija ležišta mineralnih sirovina, Univerzitet u Beogradu, Rudarsko-geološki fakultet dr Radoje Pantović, redovni profesor, Rudarstvo i geologija, Univerzitet u Beogradu, Tehnički fakultet u Boru Datum odbrane: OPTIMIZACIJA DUŽINE STRELE ROTORNIH BAGERA U FUNKCIJI STABILNOSTI KOSINA I EFEKTIVNOSTI RADA NA POVRŠINSKIM KOPOVIMA LIGNITA SRBIJE Rezime Rotorni bageri su mašine koje se u današnje vreme najviše primenjuju u procesu masovne eksploatacije uglja zahvaljujući, pre svega, nizu tehničko- eksploatacionih prednosti u odnosu na druge vrste bagera. Raznovrsni rudarsko-tehnički zahtevi otkopavanja doprineli su razvoju nekoliko tipova ovih mašina, tako da svaki od njih ima svoje prednosti i nedostatke u odnosu na drugi tip. Predmet istraživanja u disertaciji odnosi se na izbor optimalne konstrukcije strele bagera i njene usaglašenosti sa uslovima radne sredine koji će vladati na površinskim kopovima lignita Srbije, imajući u vidu složene uslove eksploatacije (velika dubina sinklinalnog zaleganja uglja, neophodnost selektivnog rada, prisutnost nepovoljnih materijala sa stanovišta stabilnosti kosina i dr.). Polazeći od činjenice da još uvek ne postoji opšte prihvaćena metodologija određivanja optimalne dužine strele rotornog bagera, kao i njenog uticaja na konstrukciju bagera, u disertaciji je definisana celokupna metodologija istraživanja navedenog problema uz analizu i sistematizovanje dosadašnjih saznanja i rezultata istraživanja u ovoj oblasti. Pri izradi doktorske disertacije korišćene su metode modeliranja strele bagera, modeliranja radne sredine i modeliranja rada mehanizacije uz primenu realnih podataka sa površinskih kopova R.B. KOLUBARA i terenskih merenja dinamičkog ponašanja bagera u radu. Implementacija ovako koncipirane metodologije optimizacije dužine strele rotornih bagera u funkciji stabilnosti kosina, pri otkopavanju lignita Srbije, omogućila bi znatno pouzdanija rešenja, kako same konstrukcije bagera tako i geometrije kopa, tj. njegovih zahtevanih visina i uglova nagiba, uz bolje ekonomske i ekološke učinke. Ključne reči: površinski kop, parametri bloka, kapacitet, rotorni bager, strela bagera, geomehanika, stabilnost kosina, ekonomija, Naučna oblast: Rudarsko inženjerstvo Uža naučna oblast: Mehanika stena UDK: 621.879:624.131.537(043.3) 624.04:621.879.44(043.3) 1. UVOD Rotorni bager predstavlja samohodnu mašinu kontinuiranog dejstva, namenjenu za otkopavanje jalovine i korisne mineralne sirovine na površinskim kopovima. Danas je, svakako, jedna od najrasprostranjenijih mašina na površinskim kopovima lignita za otkopavanje mekih i srednje tvrdih stenskih materijala. Tokom višedecenijskog razvoja ovih mašina razvijene su konstrukcije koje mogu na zadovoljavajući način da odgovore veoma raznovrsnim rudarsko-tehničkim zahtevima otkopavanja. Ove konstrukcije bagera obezbeđuju visoke tehničko-ekonomske pokazatelje u radu, zahvaljujući, pre svega, nizu tehničko-eksploatacionih prednosti u odnosu na druge vrste bagera. Prednosti rotornih bagera se ogledaju kroz visoku sigurnost u radu, relativno malu ugradnju metala 0.2-1.1 t.h/m3, malu specifičnu potrošnju energije 0.15-0.5 kWh/m3 i visoki koeficijent korisnog dejstva radnog organa 0.8-0.9). Prema DIN standardu svi rotoni bageri dele se na takozvane kompaktne bagere klase A, koji se odlikuju kratkom strelom i konstrukcijom strele od punih zidova, klase B sa rešetkastom strelom i kapacitetom do 6.000 m3/h i klase C sa rešetkastom strelom kapacitetom preko 6.000 m3/h i pretovarnim mostom. Svaki od ovih tipova bagera ima svoje prednosti i nedostatke koji se ogledaju u mogućnosti ostvarivanja tehničko-tehnoloških parametara bloka i podetaže, nabavnoj ceni i dr. U prethodnom periodu prilikom izbora rotornih bagera nije primenjivana uporedna sveobuhvatna tehno- ekonomska analiza pogodnosti tipa bagera i dužine strele za konkretne uslove radne sredine lignitskih basena Srbije, pre svega sa aspekta usaglašenosti dužine strele i mogućnosti ostvarivanja zahtevanih uglova nagiba kosina koji obezbeđuju uslove stabilnosti kosina i bezbednog rada na površinskom kopu. 1.1. Predmet istraživanja Predmet ovog istraživanja je sveohuhvatna analiza i naučno zasnovana metodologija koja će omogućiti da se izabere optimalna konstrukcija strele rotornog bagera za uslove radne sredine koji će u narednom periodu vladati na našim površinskim kopovima lignita (P.K. RADLJEVO, P.K. POLJE E, P.K. POLJE F, P.K. DRMNO i dr.) imajući, pre svega, u vidu složene uslove eksploatacije kao što su velika dubina sinklinalnog zaleganja, neophodnost selektivnog rada, nepovoljni materijali sa aspekta stabilnosti kosina i dr. Izbor rotornog bagera i naročito ostvarivanje njegovog projektovanog kapaciteta u realnim uslovima na jednom površinskom kopu u najvećoj meri zavisi od usaglašenosti geometrijskih parametara strele i radnog organa sa uslovima radne sredine. Naime, izbor dužine strele je u direktnoj zavisnosti od mogućnosti ostvarivanja tehničko-tehnoloških parametara bloka i podetaže i ostvarivanja optimalnih kapaciteta. Rotorni točak (rotor) i strela rotornog točka (strela bagera) predstavljaju dva najvitalnija dela rotornog bagera. Ovi delovi bitno utiču na konstrukciju celog bagera, određuju tehnološke parametre odreska, reza i bloka, njegov proizvodni potencijal i dr.). Povećanjem dužine strele rotornog točka ostvaruju se povoljniji uslovi za otkopavanje kao i parametri bloka. Veoma je važno odrediti optimalnu dužinu strele budući da svako povećanje dužine strele rotornog točka ima za posledicu povećanje mase celog bagera i to linerano, dok se ne zahteva promena prečnika obrtno-oslonog kruga i donje gradnje, nakon čega je povećanje mase daleko veće. Prevelika dužina strele u odnosu na konkretne uslove radne sredine (broj, moćnost i položaj proslojaka) dovodi do osetnog povećanja mase bagera, a samim tim i njegove nabavne cene. Obrtnuto, poddimenzionisana dužina strele ima za posledicu osetan pad vremenskog i kapacitetnog iskorišćenja bagera, odnosno smanjenje koeficijenta efikasnosti rada bagera u bloku i nemogućnost ostvarivanja zahtevanih uglova nagiba bočnih kosina i dr., a pri tome, uslovi rada su manje bezbedni. 1.2. Cilj istraživanja Iz navedenog se vidi da je osnovni cilj istraživanja da se analizom teoretskih i eksperimentalnih istraživanja rada rotornih bagera izvrši optimizacija dužine strele rotornog bagera za uslove radne sredine lignitskih basena Srbije, a u funkciji veće stabilnosti otkopnih etaža. Primenjenom metodologijom obuhvaćeni su iskustveni podaci i dosadašnja istraživanja, savremeni postupci i metode istraživanja u ovoj oblasti. Razvojem algoritma samog toka istraživanja, uz primenu računara, omogućiće se stvaranje preduslova za izbor optimalne dužine strele rotornog bagera i njegove konstrukcije. Dobijeni rezultati obezbediće bolju efektivnost rada rotornih bagera u sklopu kontinualnih sistema i postizanje pozitivnih ekonomskih efekata što će doprineti pravilnom izboru bagera pri otvaranju novih površinskih kopova. 1.3. Osnovne hipoteze Polazeći od tih činjenica, a posebno uzimajući u obzir da još uvek ne postoji opšte prihvaćena metodologija određivanja optimalne dužine strele rotornog bagera u uslovima radne sredine lignitskih basena Srbije, kao i njihovog uticaja na konstrukciju bagera, u doktorskoj disertaciji definisana je celokupna metodologija istraživanja navedenog problema uz analizu i sistematizovanje dosadašnjih saznanja i rezultata istraživanja u ovoj oblasti . Na površinskim kopovima izvršena su ispitivanja prvenstveno uticaja dužine strele na ostvarivanje tehnoloških parametara, odnosno mogućnost napredovanja u okviru podetaže, ostvarivanje širine bloka, ostvarivanje uglova nagiba bočnih kosina i proračun kapaciteta za konkretne uslove. Dobijeni rezultati omogućiće pravilan izbor strele rotornog bagera što će uticati na veću sigurnost rada, bolju efektivnost rada rotornih bagera i BTO sistema (bager-traka-odlagač) kada se selektivno otkopavaju jalovina i ugalj, bolju stabilnost radnih i završih kosina, postizanje pozitivnih ekonomskih efekata i doprineti pravilnom izboru bagera pri otvaranju novih površinskih kopova. Prilikom izrade ove disertacije korišćeni su savremeni programski paketi za modeliranje strele primenom metode konačnih elementama, za modeliranje i proračun rada bagera u selektivnom radu, programski paketi za modeliranje i proračun stabilnosti kosina, kao i programski paketi za ekonomsku analizu. 1.4. Metodologija istraživanja Istraživanja u okviru doktorske disertacije su realizovana na teorijskom i eksperimantalnom nivou. Na taj način, potpuno je sagledan, otvoren i determinisan problem, sagledana su moguća rešenja i odabrana optimalna, a pri tome je i izvršena praktična provera dobijenih rezultata. Pri izradi doktorske disertacije korišćene su metode modeliranja rada mehanizacije, kao i metode konačnih elemenata za modeliranje radnog organa rotornog bagera (rotora) i modeliranje radne sredine u cilju određivanja dinamičkog ponašanja i tehničko-tehnoloških mogućnosti rotornih bagera, u cilju pravilnog izbora konstrukcije bagera. Provera definisane metodologije istraživanja je obavljena sa realnim podacima sa površinskih kopova R.B. KOLUBARA i terenskim merenjima dinamičkog ponašanja rotornog bagera u cilju izbora optimalnih parametara rada bagera tako da dobijeni razultati mogu biti korišćeni za izbor optimalne dužine strele rotornih bagera prilikom izbora i kupovine mehanizacije za potrebe novih rudnika lignita Srbije. Metodologija istraživanja je prikazana na Slici 1.1. i sastoji se iz tri faze: faze sistemske analize, faze modeliranja i faze optimizacije. Istraživanjem je obuhvaćeno: • Analiza celokupne problematike, posebno pristup uticajnim faktorima, stabilnosti kosina, dijagnostici ponašanja i proučavanju postojeće literature ; Izrada modela strele rotornog bagera metodom konačnih elemenata ; Proračun sopstvene frekfence i dinamičkog ponašanja radnog organa; Izrada simulacionog modela rada rotornog bagera i proračun parametra bloka i podetaže za različite tipove rotornih bagera i dužine strela ; Izrada modela radne sredine za proračun njene stabilnosti ; Terenska merenja dinamičkog ponašanja strele i potvrda modela ; Obrada i ekonomska analiza dobijenih rezultata ; Diskusija i zaključak. Slika 1.1. Metodologija istraživanja 1.5. Naučni doprinos disertacije Tema doktorske disertacije obuhvata istraživanje veoma aktuelne i značajne problematike iz oblasti površinske eksploatacije i izbora opreme za rad u složenim uslovima radne sredine (velika raslojenost uglja, složeni uslovi zaleganja i dr.). Posebna pažnja biće posvećena detaljnom izučavanju i analizi uticaja dužine strele na obezeđenje stabilnih kosina (izrada blagih kosina pri projektovanim visinama kopanja), kao i uticaj na efektivnost procesa rada bagera i ukupnu ekonomiku eksploatacije. Na osnovu postavljenih ciljeva i zadataka, disertacija treba da pruži naučni doprinos kroz: • detaljno izučavanje i analizu uticaja fizičko-mehaničkih svojstava radne sredine na stabilnosti kosina, odnosno na efektivnost procesa rada rotornog bagera ; • definisanje metodologije za izradu simulacionog modela stabilnosti kosina i rada rotornog bagera ; • definisanje metodologije za izradu modela radnog elementa rotornog bagera (strele bagera) metodom konačnih elemenata i terenskih merenja koja će verifikovati model rada bagera i dinamičko ponašanje pri otkopavanju u složenim uslovima radne sredine ; • izbor optimalne dužine strele rotornih bagera za uslove radne sredine površinskih kopova lignita u Srbiji. Sa realizacijom ovako postavljenih istraživanja stvoriće se uslovi za definisanje metodologije za optimalan izbor dužine strele uz smanjenje troškova eksploatacije. 1.6. Primenljivost rezultata istraživanja Metodologija optimizacije dužine strele rotornih bagera u funkciji stabilnosti kosina i efektivnosti rada na površinskim kopovima lignita Srbije je veoma aktuelna jer do sada prilikom izbora rotornih bagera nije vršena naučna i tehno-ekonomska analiza pogodnosti tipa bagera i optimalne dužine strele za konkretne uslove radne sredine lignitskih basena Srbije, pre svega sa aspekta usaglašenosti dužine strele i mogućnosti ostvarivanja zahtevanih uglova nagiba kosina u cilju ostvarivanja stabilnosti kosina i bezbednog rada na površinskom kopu. Predložena metodologija će stvoriti preduslove da za složene uslove radne sredine koji se očekuju u narednom periodu (P.K. POLJE E, P.K. RADLJEVO i dr.) izvrši izbor, kako optimalnog tipa bagera, tako i optimalne dužine strele. Ovakvim pristupom će se se omogućiti bezbedniji rad sa jedne strane, a sa druge strane postići će se maksimalni ekonomski efekti rada rotornih bagera. Kako se za nove površinske kopove očekuje nabavka novih rotornih bagera, metodologija i integralni tehno-ekonomski model biće prihvatljivi već u fazi izrade tehno-ekonomske dokumentacije za otvaranje kopova i nabavku nove opreme. 1.7. Struktura disertacije sa kratkim pregledom poglavlja Postavljeni ciljevi i metodologija istraživanja odredili su osnovni sadržaj disertacije koji je struktuiran u dvanaest poglavlja. U prvom poglavlju dat je prikaz postavke i opis problema, ciljevi, osnovne hipoteze, primenjena metodologija i primenljivost istraživanja, kao i kratak prikaz sadržaja rada. U drugom poglavlju dat je kratak pregled istraživanja i iskustava u predmetnoj oblasti, kako u zemlji, tako i u inostranstvu. U trećem poglavlju date se teoretske osnove rada rotornih bagera, počev od konstruktivnih karakteristika, preko tehnologije rada i kapaciteta. Četvrtim poglavljem opisano je modeliranje radne sredine na površinskim kopovima lignita, uz navođenje metoda i programskih paketa koji se tom prilikom koriste da bi se što realnije definisao prostor budućih površinskih kopova. U ovom poglavlju istaknut je značaj procesa modeliranja u svim periodima površinske eksploatacije. U petom poglavlju dat je prikaz teoretskih osnova proračuna stabilnosti kosina (uticajni faktori, karkter uticaja kada se koji faktor uzima u obzir, sadržaj i obim potrebnih laboratorijskih ispitivanja fizičko-mehaničkih svojstava materijala i metode proračuna). Prikazan je proračun faktora stabilnosti parcijalnih kosina za različite visine i nagibe etaža za uslove radne sredine R.B. KOLUBARA. U šestom poglavlju analizirano je dinamičko ponašanje i naponsko stanje strele bagera u funkciji promene dužine strele. Određene su promene sopstvenih frekfencija, mase strele i napona u funkciji dužine strele. Modeliranje je izvršeno metodom konačnih elemenata. U sedmom poglavlju prikazana su terenska ispitivanja dinamike rada rotornog bagera u konkretnim uslovima radne sredine R.B. KOLUBARA, čime je potvrđena verodostojnost modela. U osmom poglavlju izvršena je analiza tehnoloških mogućnosti za različite tipove rotornih bagera. Pre svega, razmatran je uticaj dužine strele bagera na ugao nagiba bočne kosine, širinu bloka, dužinu otkopavanja bloka u jednom tehnološkom ciklusu, kao i na sigurnosno rastojanje koje se može ostvariti između bagera i etaže. Posebno je razmatran uticaj dužine strele na kapacitet rotornog bagera, odnosno na efikasnost rada u okviru bloka kao i uticaj na stabilnost kosina i bezbedan rad bagera. U devetom poglavlju izvršena je ekonomska analiza u funkciji promene dužine strele rotornog bagera. Uzeta su u obzir neophodna investiciona ulaganja koja su neophodna zbog promene dužine strele, kao i ekonomski efekti koji se dobijaju sa povećanjem dužine strele. U desetom poglavlju data su zaključna razmatranja vezana za istraživanje uticaja promene dužine strele rotornih bagera. U jedanaestom poglavlju dat je pregled korišćene literature. 2. PREGLED DOSADAŠNJIH ISTRAŽIVANJA I ISKUSTAVA U OVOJ OBLASTI Strela bagera čini najopterećeniji i najbitniji deo konstrukcije bagera, učestvujući sa svega 6 do 13 % u masi celog bagera. Njena dužina se bira u zavisnosti od tehnoloških zahteva otkopavanja ležišta, a mora biti usklađena i sa konstruktivnim mogućnostima bagera. Na osnovu zahteva tehnologije otkopavanja koja je usaglašena sa fizičko-mehaničkim svojstvima ležišta, stvaraju se uslovi za izbor optimalnih parametara bagera, a samim tim i za određivanje potrebne dužine strele. Slika 2.1. - Uticaj dužine strele bagera (Ls) na težinu bagera (G) različitih kapaciteta Ruski stručnjak H.r. Dom6pobckhh je u svojoj monografiji MHOrOKOBiuOBbiE 3KCKABATOPBI [12] naznačio faktore od kojih zavisi dužina strele bagera. Konstruktivna šema bagera (prečnik rotora, visina zgloba oslonca strele, poprečni presek strele, gabariti gusenica itd.), zadata tehnologija i rudarsko-geološki uslovi rada (karakteristike i sastav materijala u kojima radi bager, visina i dubina kopanja, nagibi čeonih i bočnih kosina itd.) su najznačjniji od njih. Promena težine bagera u zavisnosti od dužine strele i prečnika rotora na primeru bagera kapaciteta Q=5000 (m3/h), prikazana je na Slikama 2.1. i 2.2. Slika 2.2. - Uticaj dužine strele bagera (Ls) i prečnika rotora (Dp) na težinu bagera (G) kapaciteta Q=5000 (m3/h) Polazeći od osnovnih podataka, isti autor je dao izraz za proračun minimalne dužine strele : gde su : Ls - dužina strele bagera (m) ; Hk - maksimalna visina kopanja (m) ; hz - visina zgloba oslonca strele (m) ; Ymax - granični uglovi nagiba transportera na streli bagera (o). Takođe, za određivanje dužine strele bagera (Ls) može se koristiti približna zavisnost od prečnika rotora (Drt) : Autor Thomas Meyer (ThyssenKrupp) u svom radu Otkopavanje i transport uglja na površinskim kopovima uglja sa posebnim osvrtom na selektivno otkopavanje [33], kao i Nenad Veljković (ThyssenKrupp) u svom radu Razvoj kontinualnih rudarskih mašina u rudnicima lignita EPS-a i njihova primena u pogledu selektivnog otkopavanja [66], dali su analizu rada nekih tipova rotornih bagera na kopovima Elektroprivrede Srbije, sa posebnim osvrtom na tip bagera, dužinu strele i njihov selektivni rad. Na osnovu analize urađene uz pomoć programskog paketa CATSIM, identifikovani su oni parametri koji utiču na efikasnost rada rotornog bagera u procesu selektivnog otkopavanja. Ulazni podaci su: visina i širina bloka, uglovi nagiba kosina, teoretski kapacitet, prečnik radnog točka, položaj zgloba strele bagera, dohvat rotora, dimenzije trake, brzina kretanja, brzina okretanja strele bagera i brzina njenog podizanja. Kao rezultat se dobijaju: pojedinačno radno vreme, ukupno radno vreme za jedan blok, efektivni kapacitet i efikasnost bagera. Tom prilikom je zaključeno da u zavisnosti od dužine strele bagera, rotorni bageri otkopavaju blokove određene visine, širine i dužine, tj. sa povećanjem dužine strele bagera povećava se i dužina bloka (Slika 2.3.). Takođe, sa povećanjem zapremine bloka povećava se i efikasnost bagera. Slika 2.3. - Uticajni faktori na efikasnost rada bagera Širina bloka je određena uglom okretanja strele bagera, kao i njenom dužinom (Slika 2.4.). Analiza rada navedenih bagera rađena je za različite visine bloka i to između 8 i 22 m. Kao referentni bager uzet je bager SchRs- 630x25/6 (TIP B). Za selektivno otkopavanje urađene su varijacije ukupne visine kopanja i proizvoljno izabrane visine podetaža. Došlo se do zaključka da ne postoji velika razlika u efikasnosti između bagera tipa (A) i (B), dok je kod bagera tipa (C) uočena kao nedostatak relativno kratka dužina strele bagera (Slika 2.5.). Slika 2.4. - Određivanje širine bloka Slika 2.5. - Uporedna analiza efikasnosti rada rotornih bagera tipa (A), (B) i (C) Kao konačni zaključak navedene su prednosti koje duža strela bagera ima u odnosu na kraću, i to: • duža strela bagera je pogodnija za selektivno otkopavanje u gornjim podetažama; • duža strela bagera ima manji nagib trake na streli bagera pri radu u gornjim podetažama; • pri radu sa dužom strelom bagera, smanjuje se interval pomeranja transportera; • duža strela bagera omogućuje veće dubine kopanja; • duža strela bagera omogućuje veću dužinu i efikasnost bloka, pa samim tim i veći kapacitet; • sa dužom strelom bagera moguće je otkopavati etaže koje zahtevaju manje uglove nagiba što je posebno značajno pri radu u materijalu sa slabijim fizičko-mehaničkim svojstvima. Studija pod naslovom Istraživanje i utvrđivanje tehnološko-tehničkih osnova za projektovanje rotornih bagera za otkopavanje otkrivke i uglja na površinskim otkopima SR Srbije [52], koja je urađena od strane Stručnog tima na Katedri za mehanizaciju rudnika Rudarsko-geološkog fakulteta u Beogradu (1988. godina), imala je za cilj da na osnovu tadašnje Strategije dugoročnog razvoja energetike SR Srbije, utvrđenih rezervi uglja , rudarsko-geoloških uslova u kojima će raditi bageri, stečenih iskustava u dotadašnjoj eksploataciji i nabavci bagera, sagleda mogućnost za izbor, projektovanje i proizvodnju domaćih bagera za otkopavanje uglja i otkrivke na površinskim otkopima u SR Srbiji. Tom prilikom su obrađena dotadašnja iskustva i problematika u nabavci rotornih bagera za površinske kopove SR Srbije. Prikazani su razni tipovi bagera iz mnogih zemalja proizvođača te vrste mehanizacije (DR Nemačka, SSSR, ČSSR, SAD, SR Nemačka), date su njihove konstruktivne karakteristike kao i tehnološke šeme rada na otkrivci, uglju i odlaganju. Takođe su obrađena i poglavlja vezana za razvoj proizvodnje uglja iz površinske eksploatacije, postojeće stanje i dinamiku razvoja površinskih otkopa lignita, geološku građu, inženjersko-geološke i hidrogeološke uslove ležišta, fizičko-mehanička svojstva radne sredine sa definisanjem građe ugljenog sloja, otpore rezanja, geomehaničke uslove stabilnosti kosina i nosivosti tla, instalisane kapacitete, dinamiku proizvodnje uglja i otkrivke, prikaz i analizu uzajamnih zavisnosti geometrijskih i kinematskih parametara bagera i parametara radne sredine, procenu budućih potreba za rotornim bagerima kao i ekonomska razmatranja. Zaključeno je da je za osvajanje proizvodnje rotornih bagera, koji će biti prilagođeni radnoj sredini površinskih kopova Srbije, neophodno angažovanje velikog broja stručnjaka rudarske, mašinske, elektro, građevinske i geološke struke sa prvenstvenim ciljem da se odrede parametri mehanizacije saglasni radnoj sredini u kojoj će oni raditi, urade projekti, organizuje probni rad bagera kao i njihovo uhodavanje. Pri tome, vrlo bitan je i organizacioni faktor kome treba posvetiti izuzetnu pažnju. U svom magistarskom radu Istraživanje uzajamnog uticaja konstrukcije točka i strele rotornog bagera i njihove pouzdanosti [44], autor D. Polovina je analizom i obradom podataka za veći broj rotornih bagera pokazao značaj i ulogu njihove strele i rotora, tj. njihov uticaj na rad i pouzdanost rotornog bagera. Tom prilikom je naveo i materijale koji se primenjuju za izradu i montažu čelične konstrukcije strele, kao i antikorozionu zaštitu koja se primenjuje za njeno održavanje. Posebno poglavlje posvetio je dužini strele bagera, kao i njenom opterećenju gde je zaključeno da neadekvatno odabrana dužina strele ima za direktnu posledicu preveliku masu bagera ili nedovoljnu visinu otkopavanja. Autor S. Kovačević je u svom radu Tehničko-tehnološki zahtevi za konstruisanje rotornog bagera pogodnog za površinske kopove lignita u Srbiji [23], dao prikaz zahteva za konstruisanje rotornog bagera za rad na površinskim kopovima lignita Srbije, koji su proistekli iz sagledavanja fizičko- mehaničkih svojstava materijala u kojima će raditi bager, tehničkih parametara bloka i kapaciteta, kao i pretpostavki nekih od bitnih karakteristika tog bagera koji ispunjava napred navedene uslove. Imajući u vidu fizičko-mehaničke karakteristike materijala u kojima će raditi bager, kao i uslove koje treba da ispuni, pretpostavljeni su neki od tehničko-tehnoloških karakteristika koje bi taj bager trebalo da ima: • teoretski kapacitet između Qt = 3500-4200 rm3/h; • visina kopanja oko 20 m, sa mogućnošću rada ispod nivelete stajanja do 5m • specifični pritisak na tlo a p= 10 N/cm2; • prečnik radnog točka Drt = 12.2 VQ; • broj istresanja vedrice u min. 44-48; • brzina rezanja 2,4-2,8 m/s; • pri konstruisanju bagera težiti da odnos teoretskog kapaciteta (Qt) i ukupne težine bagera (G) bude: Autori Pavlović V., Ignjatović D., Stepanović S. i Petrović B. su u svom radu Metodologija izbora rotornog bagera za selektivnu eksploataciju uglja [38], dali prikaz metodologije izbora rotornog bagera za selektivnu eksploataciju uglja na površinskom kopu kolubarskog basena uglja P.K. RADLJEVO. Analizirani su različiti tipovi rotornih bagera (kompaktni i standardni), uz proračun tehnoloških parametara i kapaciteta, kao i utvrđivanje efikasnosti rada, procena troškova nabavke i operativnih troškova. Ulazne podatke za analize prdstavljaju: parametri radne sredine sa najznačajnijim strukturnim karakteristikama, kao što su: debljina i nagib proslojaka u uglju i kvalitet uglja. Fizičko-mehanička svojstva radne sredine utiču na dimenzionisanje otkopavanja sa parametrima bloka i izbor rotornog bagera preko moguće debljine reza i nivoa selekcije, kao i uslova vezanih za stabilnost kosina i nosivost podloge. Za svaki deo okonturenog prostora etaže vrši se interpolacija i interpretacija karakteristika radne sredine i kapaciteta bagera u selektivnom radu za različite vrednosti otpora kopanja uglja i jalovine. Za upoređenje karakteristika standardnih i kompaktnih rotornih bagera posmatrani su sledeći tehničko-tehnološki i ekonomski parametari: • tehnološke mogućnosti i konstruktivne karakteristike rotornih bagera; • investicioni troškovi; • eksploatacioni troškovi i • troškovi održavanja. Tom prilikom je konstatovano da kompaktni bageri imaju manji koeficijent vremenskog iskorišćenja rada u bloku (odnos proizvodnog i neproizvodnog vremena rada) koji iznosi 0.55 do 0.65, u odnosu na standardne rotorne bagere kod kojih je taj koeficijent od 0.75 do 0.85. Razlozi su brojni i raznovrsni a prevashodno se mogu izdvojiti nedostaci koji se ogledaju u činjenicama da manja dužina strele bagera povlači za sobom manju širinu, manju visinu i manji korak napredovanja bagera u bloku, da nije moguć nesmetani pristup dozera u cilju planiranja trase za nastup bagera, da se formiraju veći uglovi nagiba čeonih i bočnih etažnih kosina i dr. Preliminarna analiza investicionih troškova pokazala je da su kompaktni bageri nešto jeftiniji u nabavci ali da su troškovi održavanja nešto veći kao i da je nešto kraći njihov eksploatacioni vek. Prosečni eksploatacioni troškovi prema sprovedenoj analizi su kod kompaktnih bagera veći za oko 20%. Sprovedena tehno-ekonomska analiza je pokazala da je za uslove radne sredine površinskog kopa RADLJEVO, sa aspekta tehnologije rada i kapacitativnog iskorišćenja, optimalna primena rotornih bagera klase (B). U prilog tome idu i iskustva stečena na površinskim kopovima Tamnave. Ilić Lj. je u svom radu Uticaj geomehaničkih karakteristika na izbor bagera [20], prikazao rezultate višegodišnjeg istraživanja vezanih za uticaj geomehaničkih karakteristika radne sredine na izbor mehanizacije kao i dimenzionisanje geometrije etaža površinskog kopa. U konkretnom slučaju, geomehanika se u rudarstvu razvila u dva pravca i to: oblast definisanja geometrije površinskog kopa i druga oblast, izbor rudarske opreme u zavisnosti od geoloških karakteristika ležišta. Prilikom izbora rudarske opreme za površinski kop sa određenim kapacitetom, veoma je značajno da izabrani bager pored potrebnih tehničko-tehnoloških parametara (kapacitet, visina i širina bloka, nagib etaža) zadovolji i sposobnost kopanja materijala u kome će raditi, što se prvenstveno odnosi na tačan proračun njegove rezne sile. Dosadašnja iskustva pokazuju da se ponekad za definisanje karakteristika rotornog bagera razmatrao samo njegov kapacitet koga on treba da ostvari, a da se zbog zanemarivanja ostalih kriterijuma često dolazilo u nepriliku kao što je slučaj na površinskom kopu SUVODOL, kada je izabran rotorni bager SchRs- 2000, koji nije mogao u potpunosti da iskoristi svoju visinu kopanja zbog problema sa otporima pri kopanju materijala. Zato je neohodno da se nakon definisanja visine i nagiba etaže, tačno odrede i ostale osobine materijala koji se otkopava, a to su tvrdoća, abrazivnost, lepljivost, komadnost, otpori kopanja, tj. rezna sila za čije se određivanje mogu upotrebiti i neke od korelacionih metoda. Autori Cvetković M., Popović R. i Majstorović J. su u svom radu Geomehanička istraživanja u fazi eksploatacije i njihov značaj [9], dali prikaz neophodnosti geomehaničkih istraživanja u fazi rudarske eksploatacije na površinskim kopovima. Kao pozitivan primer istraživanja u procesu eksploatacije, prikazali su dva slučaja, i to: prvi slučaj se odnosi na P.K. TAMNAVA ZAPAD - RB KOLUBARA, a drugi na površinski kop boksita ZAGRAD - Nikšić. Materijal koji se otkopava, bilo da je reč o mekom tlu ili pak steni, pod dejstvom spoljnih sila se deformiše a toj deformaciji suprotstavljaju se sile unutrašnje veze. Kada spoljne sile porastu do određene veličine i kada prekorače vrednost otpora unutrašnjih sila, tada dolazi do razaranja unutrašnje veze, a time i do rušenja tla. Na ovoj jednostavnoj i osnovnoj pretpostavci zasnivaju se svi inženjerski proračuni, pa time i proračuni stabilnosti radnih etaža i završne geometrije konstrukcije površinskog kopa. Sva istraživanja rudnog ležišta počevši od geoloških preko hidrogeoloških pa do geomehaničkih, koja se obavljaju za potrebe projektovanja rudaraske eksploatacije, bez obzira na obim i vrstu istražnih radova, imaju u većoj ili manjoj meri samo prognozni karakter. Otvaranjem i razvojem eksploatacije površinskog kopa, istraživanja se moraju usmeriti prevashodno na detaljno inženjersko-geološko kartiranje kako bi se uočili i najtanji litološki članovi ili pukotine, koje se bušenjem nisu mogle identifikovati. Tako je na površinskom kopu TAMNAVA ZAPAD - RB KOLUBARA, rudarska operativa uočila jedan proslojak ugljevite gline u alevritima koji nije bio identifikovan u fazi geoloških istraživanja bušenjem. Na osnovu toga, predloženo je da se tehnologija otkopavanja otkrivke prilagodi tako da suma smičućih sila bude manja od sile otpora najslabijeg litološkog člana (upravo kod proslojka ugljevite gline), uključujući i deformacije izazvane sniženjem nivoa podzemnih voda. Otvaranje i razrada površinskog kopa ZAGRAD - Nikšić izvršeni su po projektu koji je koristio geomehaničke parametre morenskog materijala dobijene u fazi geoloških istraživanja bušenjem. Na osnovu „in-situ" definisanih vrednosti parametara čvrstoće na smicanje, došlo se do saznanja da se mogu povećati uglovi nagiba radnih etaža i završne kosine što se direktno odražava na smanjenje troškova nepotrebnog skidanja i transporta jalovinskih naslaga. U svom radu, Značaj analize stabilnosti kosina za proces eksploatacije uglja u RB KOLUBARA [42], autori Petrović B., Radisavljević Z. i Milošević D. su na nekoliko primera vezanih za R.B. KOLUBARA pokazali značaj analize stabilnosti kosina površinskog kopa i njen uticaj na dalji tok proizvodnje. Osnovni cilj kod projektovanja kosina površinskog kopa je postići maksimalan nagib za zadatu maksimalnu visinu kosine pri minimalnom faktoru sigurnosti i optimalnim uslovima stabilnosti. Pravilno definisanje geometrije kosine, kako parcijalne tako i generalne, čini nešto neizostavno već u fazi projektovanja, a tokom eksploatacije nešto obavezno. Zadnjih petnaestak godina na kopovima R.B. KOLUBARA desio se izvestan broj havarija koje su posledica upravo nepoštovanja osnovnih načela projektovanja i razvoja rudarskih radova na njima. Neopravdana improvizacija, bez relevantnih analiza i proračuna, za posledicu je imala havariju unutrašnjeg odlagališta POLJE B (pokrenuto oko 80.000.000 m3 odložene mase). U zoni severne kosine površinskog kopa POLJE D, 2011. godine je usled klizanja gornjih delova etaže (gline), došlo do oštećenja rotornog bagera (pogonska oznaka G-3), pri čemu je bager bio van upotrebe oko godinu dana (Slika 2.6.). Slika 2.6. Oštećeni bager (G-3) usled zarušavanja etaže na severnoj kosini kopa Polje D Naknadnom analizom stabilnosti pomenute kosine utvrđena je vrednost faktora sigurnosti Fs=0.83, pri koeficijentu pornog pritiska ru=0, odnosno Fs=0.62 pri ru=0.2. Slično se desilo i sredinom 2013. godine u zoni sela Junkovac, kada su usled velikog ruča pokrenute odložene mase (oko 20.000.000 m^) ugrozile nekoliko domaćinstava pomenutog sela. I ovde je bilo reči o nepoštovanju struke i rada bez prethodnih i tokom proizvodnje urađenih analiza stabilnosti kosina kopa. Autori Čebašek V. i Gojković N. su u svom radu Analiza stabilnosti kosina metodom konačnih elemenata [11], prikazali mogućnost primene konačnih elemenata za određivanje faktora sigurnosti (Fs) pri analizi stabilnosti kosina površinskog kopa. Dobijene rezultate su uporedili sa rezultatima drugih metoda koje su u upotrebi za rešavanje ove problematike. Zaključeno je da u slučaju kada je kosina izgrađena od poluvezanih i nevezanih materijala, tada je praktičnija primena metoda granične ravnoteže. Međutim, u slučaju kada kosina ima složenu građu, tako da se pored poluvezanih i nevezanih nalaze i čvrsti stenski materijali, onda je primena metode konačnih elemenata opravdana (Slika 2.7.), bolje reći i poželjna. Slika 2.7. - Model kosina sa mrežom konačnih elemenata Tehno-ekonomska analiza optimalnog izbora opreme površinskog kopa uglja [68], je rad autora Vučetić A.,Vučetić S. i Pešić M. u kome je prikazan izbor optimalnog rotornog bagera za selektivnu eksploataciju uglja sa aspekta mikroekonomije. Pri nabavci rotornog bagera za selektivno otkopavanje uglja na površinskom kopu dilema pred kojom se menadžment može naći je opravdanost izvršenog ulaganja, odnosno da li izabrati rotorni bager koji je jeftiniji ali nešto slabijih perfomansi ili skuplji ali sa boljim radnim karakteristikama. Kako bi menadžment doneo ispravnu odluku potrebno je da definiše metodologiju za optimalni izbor rotornog bagera, koja mora da bude objektivna i proveriva a rezultat koji opredeljuje izbor mora biti jasan i nedvosmislen. Kao mera za izbor uglavnom se uzima prosečni trošak proizvodnje jedne tone uglja koju otkopa bager. Kroz simulaciju rada dva izabrana rotorna bagera u periodu od 20 godina, uzeti su u obzir visina investicionih ulaganja, koja prethodi stavljanju bagera u funkciju, kao i operativni troškovi njihovog angažovanja u posmatranom periodu. Došlo se do zaključka da je i pored većeg početnog investicionog ulaganja bolje izabrati takav bager nego bager sa manjim investicionim ulaganjem, a većim prosečnim troškovima proizvodnje. T.S. Golosinski i R.K. Singhal su u svom radu Productivity from bucket wheel excavators [16], razmatrali produktivnost rotornih bagera, naglasivši da ona zavisi od nekoliko faktora i to: broja, veličine i oblika vedrica, prečnika rotora, njegove brzine okretanja u minuti, dužine strele bagera, njene brzine zaokretanja i podizanja, visine etaže, uglova nagiba etaža, pouzdanosti bagera, efikasnosti njegovog održavanja, pouzdanosti ostalih komponenti rudarskog sistema, organizacije posla, efikasnosti planiranja i upravljanja procesom itd. Istakli su da se proračun kapaciteta bloka (Qb), koji se koristi za kratkoročno planiranje, može izraziti na sledeći način: gde su : Qt - teoretski kapacitet (rm3/h), td - neto vreme kopanja bloka (h), tm - vreme manevrisanja tokom kopanja bloka (h), fs - faktor bubrenja iskopanog materijala. Produktivnost bloka (Qb) ne odražava svu složenost procesa otkopavanja materijala rotornim bagerom, pa se za to i ne može koristiti za dugoročno planiranje rada rudnika već samo za kratkoročno. Dodatni gubitak produktivnosti se dešava na krajevima bloka i pri otkopavanju bloka u teškim vremenskim uslovima. Kako se ugao zaokretanja strele bagera povećava, tako se i produkrivnost bagera smanjuje. Na (Slici 2.8.), prikazan je pad produktivnosti u zavisnosti od ugla okretanja strele bagera. Produktivnost se može održavati za uglove zaokretanja do 60o, mada većina rezova zahteva veće uglove što i rezultira padom produktivnosti. Slika 2.8. - Pad produktivnosti bagera u zavisnosti od ugla okretanja strele bagera Tačna procena vremena rada bagera zahteva poznavanje njegovih perfomansi, prateće opreme, precizne geološke karakteristike ležišta i organizaciju rada. Preporučljivo je da procenu godišnjeg kapaciteta bagera treba pratiti u odnosu na sličnu opremu pri sličnim uslovima otkopavanja. Grupa autora A. Brkić, T. Manevski, D. Ignjatović, P. Jovančić i V. Spasojević-Brkić, je u svom radu Diagnostics of bucket wheel excavator discharge boom dynamic perfomance and its reconstruction [8], istražila uzroke loših dinamičkih perfomansi rotornog bagera C-700 S koji radi na površinskom kopu u R.B. KOLUBARA. Statički i dinamički proračuni su napravljeni primenom metode konačnih elemenata (MKE), a potvrđeni su eksperimentalnom metodom - analizom vibracija. Primena ove metodologije znatno doprinosi poboljšanju perfomansi cele konstrukcije bagera, što pokazuju i rezultati merenja (maksimalne deformacije su smanjene sa 104 mm na 51.5 mm), dok su sva ubrzanja strukture svedena u granice dozvoljenog (do 2m/s2). Bošnjak S. , Zarić N. , Oguamanam D. su u svom radu On the dynamic modelling of bucket wheel excavators [5], razmatrali dinamičko ponašanje bagera izazvano otporom kopanja, koje zavisi od relativno velikog broja faktora koji se mogu svrstati u dve grupe. Prvu grupu čine dinamičke karakteristike noseće konstrukcije i mehanizma, a drugu, karakteristike tla. Analiza dinamičkog ponašanja je zahtevala rešavanje dva problema : • problem dinamičkog modelovanja cele mašine ; • problem modelovanja spoljašnjeg opterećenja izazvanog otporom tla pri kopanju. Tokom procesa kopanja, osnovni elementi konstrukcije gornje gradnje rotornih bagera (stub, konzola protivteg, strela bagera, odložna strela) izloženi su opterećenjima koja izazivaju podužne, savojne i uvojne oscilacije. Podužne oscilacije rešetkastih struktura mogu da se razmatraju nezavisno od savojnih i uvojnih oscilacija, zbog relativno velike krutosti strukture u pomenutom pravcu. Dakle, pri modeliranju strukture rotornih bagera odgovarajućim izborom referentnih tačaka (čvorova) razmatrane konstrukcije i njihovih stepena slobode, trebalo je obuhvatiti savojne i uvojne oscilacije podstruktura. Na osnovu analize opterećenja i komparativne analize rezultata proračuna naponsko- deformacionog stanja originalne strukture obrtne platforme (Slika 2.9.), i nekoliko varijanti njenog kontrukcionog poboljšanja, razvijeno je: • konstrukciono rešenje strukture obrtne platforme koja zadovoljava kriterijume čvstoće i elastične stabilnosti, kao i zahtev da se rekonstrukcija izvede bez demontaže nadgradnje ; • tehnologija zamene i sanacije teško oštećnih delova strukture obrtne platforme. Slika 2.9. - 3D model strukture obrtne platforme Rekonstrukcijom strukture obrtne platforme ojačavanjem donje ploče i zatvaranjem postojećeg tehnološkog otvora, ostvareni su sledeći efekti: • eliminisan je koncentrator napona u zoni pojave prslina i pukotina ; • znatno blaža promena polja deformacije strukture i • znatno niži (za 1,73 puta) nivo naponskog stanja u kritičnim zonama. U svom radu Slope stability evaluations by limit equilibrium and finite element methods applied to a railway in the moroccan rif [3], autori K. Baba, L. Bahi, L. Ouadif, A. Akhssas su predstavili analizu stabilnosti kosine uz železničku prugu između Gangier-grada i Gangier-luke (Maroko), i to na dva načina, pomoću metode granične ravnoteže (konvencijalna metoda) i metodom konačnih elemenata (FEM). Proračuni su rađeni za dva stanja i to za suvo i zasićeno, uz primenu tri softvera: PLAXIS, GEOSLOPE i TALREN (prva dva programa za konvencijalnu metodu, a zadnji za metodu konačnih elemenata), pri Mohr-Coulomb-ovom kriterijumu loma. Faktori sigurnosti (Fs) su prikazani u (Tabeli 2.1.). Tabela 2.1. - Faktori sigurnosti Može se zaključiti da su vrednosti dobijenih faktora sigurnosti (Fs) približne, pogotovo za Morgenstern-Price-ovu, Bishop-ovu metodu i (FEM). Takođe su zaključili da se primenom konačnih elemenata mogu odrediti pomeranja, predvideti mehanizam loma i korišćenjem rezultata proračuna bolje aproksimirati realno stanje terena. Autor Jakub Gottvald je u svom radu Analysis of vibrations of bucket wheel ekcavator SchRs - 1320 during mining process [17], prezentovao rezultate merenja vibracija na bageru SchRs - 1320 tokom otkopavanja na površinskom kopu TUŠIMICE. Vibracije su merene na 28 mesta gornje čelične konstrukcije pri čemu su izmereni signali povezani sa operativnim podacima centralnog kompjutera. Za izračunavanje frekvencijskih opsega mogu se koristiti razne vrste transformacija. Najpoznatije su Fourier Transform (FT) i njegove modifikacije Fast Fourier Ttansform (FFT), koje su naročito pogodne za analize stacionarnih signala. Rezultati merenja pokazuju da su vibracije počele odmah nakon pokretanja rotora i da su se amplitude povećale nakon početka kopanja materijala (vrhovi amplituda 0.52 Hz, 1.38 Hz, 1.70 Hz i 2.0 Hz, a nakon uključenja pumpe reduktora rotora 2.26 Hz). Slika 2.10. - Izmereni signali u vremenskom period br. 2 Slika 2.11. - Merenja akcelerometra A_063 z, vremenski period br. 2 Slika 2.12. - Merenja akcelerometra A_17 y, vremenski period br. 2 Kao zaključak je izneto da su merenja urađena na celoj visini etaže čija visina (He=20.5 m) približno odgovara visini tačke vešanja strele bagera, što podrazumeva da je strela bagera bila u horizontalnom položaju. Rezultati merenja frekvencija za krajnje položaje strele se razlikuju za 0.035 Hz. Poređenjem prirodnih frekvencija tokom kopanja sa prirodnim frekvencijama koje su eksperimentalno merene, ustanovilo se da sile kopanja smanjuju vrednostost ovih prvih. 3. TEORETSKE OSNOVE RADA ROTORNIH BAGERA Rotorni bageri (Slika 3.1.) su samohodne mašine kontinualnog dejstva koje se koriste na površinskim kopovima za otkopavanje mekih i srednje tvrdih materijala. Otkopavanje materijala vrši se vedricama koje su ravnomerno raspoređene i pričvršćene na obodu rotora. Obrtanjem rotora u vertikalnoj ravni i nosača rotora zajedno sa platformom u horizontalnoj ravni, vedrice se pune i nailaskom u zonu istovarnog sektora prazne, pri čemu se materijal predaje prijemnom transporteru sa trakom na streli bagera i dalje redom, zavisno od broja transportera na bageru, poslednjem istovarnom transporteru [21, 24, 25, 28, 37, 40, 51]. Slika 3.1. — 1. Strela bagera, 2. Uže za pomeranje kolica, 3. Vitlo za strelu bagera, 4. Pogon dizanja strele bagera, 5. Radni točak, 6. Pogon radnog točka, 7. Kabina rukovaoca, 8. Noseća konstrukcija kabine rukovaoca, 9. Pogon dizanja kabine rukovaoca, 10. Stub, 11. Zatege, 12. Strela protivtega, 13. Protivteg, 14.Elektro - kabina, 15. Kran, 16. Pretovarni uređaj, 17. Kabina rukovaoca pretovarnog uređaja, 18. Pogon za dizanja pretovarnog uređaja, 19. Istovarni levak, 20. Gusenice 21. Donji stroj sa kuglibanom 22. Obrtna platforma gornjeg stroja (sa pogonom za kružno kretanje), 23. Prijemni transporter-traka 1, 24. Transporter-traka 2, 25. Ttransporter-traka 3, 26. Transporter za prikupljanje materijala - prljava traka. Tokom višedecenijskog razvoja ovih mašina stvorene su konstrukcije koje mogu na zadovoljavajući način da odgovore veoma raznovrsnim rudarsko- tehničkim zahtevima otkopavanja. Ove konstrukcije bagera obezbeđuju visoke tehničko-ekonomske pokazatelje u radu, zahvaljujući pre svega nizu tehničko- eksploatacionih prednosti u odnosu na druge vrste bagera (visoka sigurnost u radu, relativno mala ugradnja metala 0,2-1,1 t.h/m3, mala specifična potrošnja energije 0,15-0,5 KWh/m^ i visoki koeficijent korisnog dejstva radnog organa 0,8-0,9). Tokom istorije, ideja za kopanje tla točkom rodila se tek krajem XIX veka na osnovu obrtnog točka sa vedricama za dizanje vode za potrebe navodnjavanja koje je bilo poznato još u starom veku. Švander (Francuska) je 1913. godine patentirao radni točak sa kašikama koji iskopani materijal za vreme okretanja istovara direktno na transporter. Nemačka firma Humbolt je na osnovu toga 1916. godine konstruisala prvi rotorni bager na šinama koji je 1917. godine počeo sa radom na površinskom kopu BERGWITZ. Masovniji početak primene ovih bagera na površinskim kopovima počinje imeđu 1935. i 1936. godine, uključivanjem fabrike LMG u proizvodnju rotornih bagera, kao i bržim razvojem prizvodnje lignita u Nemačkoj. U SSSR-U rotorni bageri su počeli da se primenjuju od 1934. godine dok je industrijska proizvodnja ovih mašina počela 1947. godine u 3yeBCKOMjmTeiiHOMexaHmecKOM 3aBOffy (3JIM3). Razvoj rotornih bagera u SAD je zapažen 1943. godine kada je prvi rotorni bager za direktno pebacivanje jalovine počeo sa radom na površinskom kopu SIVA. Počev od 1955. godine počinje sve masovnija proizvodnja rotornih bagera i za dubinski i za visinski rad, dok od 1960. godine raste proizvodnja rotornih bagera sa povećanom reznom silom i većim kapacitetima (1987. Krupp je Hambahu isporučio bager teoretskog kapaciteta Qteor = 19200 m^/h). Slika 3.2. - Poređenje veličina rotornih bagera u vremenskom intervalu od 50 godina 3.1. Klasifikacija rotornih bagera Klasifikacija rotornih bagera može se uraditi po raznim obeležjima, ali se danas najčešće koristi klasifikacija prema konstrukciji, na rotorne bagere tipa A, B i C (Slika 3.3. i Tabela 3.1.). Slika 3.3. - Različiti tipovi rotornih bagera Tabela 3.1. - Uporedni parametri različitih tipova rotornih bagera Kompaktni (hidraulični) rotorni bageri - tip A (Slika 3.4.), su sa relativno kratkom strelom u odnosu na prečnik rotora, imaju veliki kapacitet u odnosu na masu i dimenzije bagera i relativno nisko težište. Nedostaci se ogledaju u relativno manjem random veku konstrukcije a u tehnološkom smislu imaju niži koeficijent bagerovanja (tipični primeri ove klase bagera su C-700, SRs-400, SchRs-800). Slika 3.4. - Rotorni bager tip A Bageri sa "C" ramom - tip B (Slika 3.5.), imaju povezanu gornju gradnju, centralni stub i nosač balasta u obliku slova "C". Povoljan im je koeficijent bagerovanja, tehnološki veoma dobri uz relativno visoko težište (tipični primeri ove klase bagera su SRs-1200, SchRs-630, SRs-2000, SRs-1300). Slika 3.5. - Rotorni bager tip B Veliki bageri - tip C (Slika 3.6.), imaju karakteristične noseće stubove koturača sa užadima sa spuštenim nosačem balasta koji se praktično veže za gornju obrtnu platformu. Ova vrsta bagera ima relativno nisko težište, ali i složen transportni put otkopnog materijala (tipični primer ove klase bagera je SRs-6300, SchRs-1760, SchRs-2300). Slika 3.6. - Rotorni bager tip C Zahtev za povećanjem proizvodnje na površinskim kopovima doprineo je da proizvođači rudarskih mašina povećaju jedinični kapacitet i visinu kopanja mašina, smanje radnu masu, prilagode rudarske mašine rudarsko-geološkim, hidrogeološkim i klimatskim uslovima, povećaju pouzdanost, poboljšaju komfor Ijudstva koje opslužuje mašinu itd. Veličina, oblik i konstrukcija rotornog bagera zavise posebno od zahtevanog kapaciteta, načina utovara materijala i specifičnih uslova rada na površinskom kopu. Na oblik i konstrukciju bitno utiče dozvoljeni nagib kosina, čvrstoća materijala koji se otkopava i dozvoljeni specifični pritisak na tlo. 3.2. Kostruktivni delovi rotornog bagera Rotorni bager ima osnovne i pomoćne uređaje (Slika 3.7.). U osnovne uređaje spadaju: uređaj za kopanje, sistem za unutrašnji transport materijala na bageru, transportni uređaj, pogonski uređaj, uređaj za upravljanje, noseća konstrukcija. Pomoćne uređaje čine: uređaji za podmazivanje, uređaji za zagrevanje, rasvetu, uređaji za potrebe tehničkog održavanja i remonta itd. [25, 37, 54, 55, 56, 57, 58, 59]. Slika 3.7. - Glavne komponente rotornog bagera: 1. gusenični transportni mehanizam, 2. donja gradnja, 3. oslono-obrtni deo, 4. gornja gradnja sa protivtegom, 5. strela bagera, 6. radni točak, 7. pogonski sistem za dizanje i spuštanje strele radnog točka, 8. istovarna strela Radni organ rotornog bagera čine: • strela bagera (radnog točka) i • rotor (radni točak) sa elementima i pogonom (telo radnog točka, vedrice, skliznice, pogonski motor, reduktor, spojnica). Strela bagera (Slika 3.8.) pripada glavnoj nosećoj čeličnoj konstrukciji bagera i ona je najodgovorniji i najopterećeniji deo konstrukcije bagera. Rad bagera se sastoji od glavnih kretanja (obrtanje radnog točka i kružno kretanje gornje gradnje) i pomoćnih kretanja (kretanje u pravcu nastupa i promena visinskog položaja radnog točka u vertikalnoj ravni). Strela kao najopterećeniji deo konstrukcije bagera učestvuje svega sa 6 do 13% od mase celog bagera. Smanjenje naprezanja povećanjem poprečnih preseka delova konstrukcije dovodi do znatnog povećanja mase celog bagera. U opštem slučaju, procentualno učešće masa pojedinih delova u odnosu na ukupnu masu bagera približno iznosi: • radni točak sa strelom 12% • protivteg 18% • odložna strela 4,5% • konstrukcija centralnih stubova 9-10% • obrtna platforma sa ležajem 17-18% • donja gradnja sa transportom 40% Noseća konstrukcija strele treba da prenese sve sile (koje se javljaju u radu, transportu i mirovanju) na centralnu konstrukciju bagera. Oblik noseće konstrukcije proizilazi iz pravca delovanja opterećenja, zahtevanih tehnoloških parametara bagera, pozicioniranja pomoćnih konstrukcija, ugradnje instalacija, položaja radnog točka, presipnih mesta, transportera i zahteva održavanja. Primenjuju se dva osnovna tipa konstrukcije i to: • konstrukcija strele punih zidova • konstrukcija strele u obliku rešetke. 1. desni noseći zid 2. levi noseći zid 3. donja poprečna veza 4. gornja poprečna veza 5. poprečna pregrada iza radnog točka 6. fiksni ležaj vratila radnog točka 7. slobodni ležaj vratila radnog točka 8. konstrukcija za uležištenje pogonskih motora radnog točka Slika 3.8. - Čelična konstrukcija nosača radnog točka (strela bagera) Dužina strele se bira u zavisnosti od tehnoloških zahvata otkopavanja ležišta a mora biti usklađena i sa konstruktivnim mogućnostima mašine. Fizičko-mehaničke osobine materijala koji se otkopava, uz geološke karakteristike ležišta, određuju optimalan tip bagera za to ležište, odnosno njegove tehničke karakteristike. Na osnovu zahteva tehnologije otkopavanja koja je usaglašena sa geomehaničkim svojstvima ležišta, stvaraju se uslovi za izbor optimalnih parametara bagera, a samim tim i za određivanje potrebne dužine strele, naravno i uz optimizaciju ekonomskih pokazatelja. Dužina strele (Ls) je u određenoj srazmeri sa sledećim parametrima: • prečnikom radnog točka ; • dispozicijom uređaja i agregata ugrađenih na streli ; • visinom tačke vešanja strele od planuma ; • poprečnim presekom strele ; • gabaritima hodnog uređaja. Na osnovu statističke obrade više modela kompaktnih bagera (Krupp, O&K, Demag, Takraf) dobijeni su sledeći odnosi prečnika radnog točka i dužine strele (Tabela 3.2.): Tabela 3.2. - Odnos dužine strele (Ls) i prečnika radnog točka (Drt) za kompaktne bagere Kod klasičnih bagera (Krupp, O&K i Takraf) odnos dužine strele i prečnika radnog točka je drugačiji (Tabela 3.3.). Tabela 3.3. - Odnos dužine strele (Ls) i prečnika radnog točka (Dt) za klasične bagere za klasične bagere Na osnovu uporednog pregleda može se zaključiti da se odnosi dužine strele i prečnika rotornog točka kreću u jednom širokom dijapazonu : Strele na bagerima koji otkopavaju materijale male čvrstoće i zapreminske težine su manjeg poprečnog preseka, odnosno imaju veću vitkost (deponijski rotorni bageri koji otkopavaju-utovaraju već rastresiti material za deponiju) od bagera predviđenih za čvrste materijale. Uticaj dužine strele na masu bagera je očigledan i ukazuje na neopravdanost većih dužina od 70 m za bagere većeg kapaciteta. Određivanje optimalne dužine strele je veoma bitno radi usklađivanja sa uslovima radne sredine i konstruktivnim karakteristikama bagera. Neadekvatno odabrana dužina strele ima za direktnu posledicu preveliku masu bagera ili nedovoljnu visinu otkopavanja. Radni točak (rotor) predstavlja najkarakterističniji konstruktivni deo bagera (po njemu je i dobio ime), pri čemu su njegovi osnovni parametri: prečnik, broj vedrica, zapremina i oblik vedrica i geometrija reznih elemenata. Prečnik rotora (Drt) se kreće u opsegu od 4.2 m do 21.6 m, a sve u zavisnosti od veličine bagera i njegove namene. U zavisnosti od težine bagera, prečnik rotora u proseku se kreće: gde je: Gb - težina bagera (Gb=Mb* g); Mb - masa bagera ; g - ubrzanje zemljine teže. U zavisnosti od teoretskog kapaciteta (Qteo) prečnik rotora se može izračunati iz izraza: Pojedini autori , međutim kao polaznu osnovu uzimaju tehnički kapacitet bagera: gde je: Qt - tehnički kapacitet bagera ; q- zapremina vedrice (m3) ; nc- broj istresanja u minutu (min ) ; kr - koeficijent rastresitosti materijala. Odgovarajućom smenom, dobija se zavisnost prečnika rotornog bagera od kapaciteta kao: gde je: Z- broj vedrica ; q - zapremina vedrice (m^) ; Vp-brzina rezanja (m/s) ; Qt - tehnički kapacitet bagera (m3/h) ; kr - koeficijent rastresitosti materijala. Često se koriste i formule: mada se moraju obazrivo prihvatiti i smatrati da dobijene vrednosti imaju orijentacioni karakter. Klasifikacija rotora po određenim karakteristikama data je u (Tabeli 3.4. Tabela 3.4. - Klasifikacija rotora po određenim karakteristikama Transporter na streli bagera ima ulogu da otkopani materijal iz presipa u rotoru transportuje do presipa u obrtnoj osi bagera. Kapacitet transportera zavisi u osnovi od širine trake, njene brzine i ugla nagiba bočnih valjaka a treba ga uskladiti sa teoretskim kapacitetom rotora. Prilikom dubinskog rada, nagib transportera na streli ne sme biti veći od 18°. U slučaju većeg ugla transport materijala se obavlja pokrivanjem materijala sa specijalnom trakom. Mehanizam za kružno kretanje ima zadatak da dovede radni točak u željeni položaj, da obavlja kružno kretanje u toku rada i da celu gornju gradnju u stanju zastoja drži u određenom položaju. Sastoji se od zupčastog venca i pogona za kružno kretanje sa malim zupčanikom. Mehanizam za kretanje služi za premeštanje mašine za vreme radnog procesa i pri transportovanju, pri čemu omogućuje da se težina bagera i druga spoljna opterećenja prenesu na tlo. Pri tome treba ostvariti ravnomeran raspored sila koje se prenose na sve elemente nosećeg mehanizma za kretanje i obezbediti što manji specifični pritisak na podlogu. Ravnomerno opterećenje nosećih delova zahteva primenu statički određene noseće konstrukcije, što se postiže pomoću oslanjanja cele konstrukcije na tri tačke. Malo specifično opterećenje podloge zahteva veliku noseću površinu mehanizma za kretanje, a ona se postiže povećanjem površine i broja gusenica (kod modernih bagera specifično opterećenje podloge se kreće od 10 do 16 N/cm2). 3.3 Tehnologija rada rotornog bagera Rotorni bageri mogu raditi u frontu, boku (poluboku) i bloku (Slika 3.9.). Rad u frontu se retko koristi i to pre svega kod šinskih bagera i za selektivno otkopavanje [37, 39, 40, 41, 45]. Slika 3.9. - Šeme rada rotornih bagera u bloku (a) i boku (b) Otkopavanje materijala se vrši sa dvostranim (blok) ili jednostranim (bok) obrtanjem strele bagera u odnosu na osu kretanja pri cikličnom pomeranju bagera ili bez obrtanja, kod stalnog kretanja pri radu u frontu. Savremeni rotorni bageri konstruisani su prvenstveno za rad u bloku. Kinematika radnog procesa bagera u bloku bazira se na sledećim osnovnim pokretima: • rotacionom radnom pokretu rotora ; • obrtnom bočnom pomeranju strele bagera koje se postiže okretanjem gornjeg stroja oko vertikalne ose bagera ; • vertikalnim ili horizantalnim prilaženjem rotora masivu (vertikalni ili horizontalni rez). Radni parametri rotornog bagera su: • visina kopanja (Hk) - visina merena od nivoa stajanja bagera do 0,75 od prečnika radnog točka (Drt), kada je strela bagera maksimalno podignuta ; • radijus kopanja (Rk) - predstavlja projekciju rastojanja od ose bagera do vrha noževa vedrice u gornjem položaju rotora i iznosi : • dužina strele bagera (Ls) - rastojanje od osovine rotora do osovine obrtanja na konstrukciji bagera ; • prečnik rotora (Drt) ; • horizontalno rastojanje od osovine vešanja strele bagera do vertikalne ose bagera (x) ; • radijus istresanja (Ri) ; • maksimalna (Himax) i minimalna (Himin) visina istresanja. Osnovna tehnološka šema rada rotornih bagera je visinski rad u bloku koji ima svoju visinu, širinu i dubinu (Slika 3.10.). Slika 3.10. - Visinski rad rotornog bagera u bloku Visinski rad rotornog bagera u bloku sastoji se u otkopavanju celokupne visine bloka u nekoliko rezova (Slika 3.11.). Visine rezova po pravilu treba da iznose: Slika 3.11. - Šema za određivanje visine rezova Broj rezova po visini bloka (ceo broj), može se dobiti iz uslova: gde su : H - visina bloka (m) ; Drt - prečnik rotora (m). Visine pojedinačnih rezova su gornji rez: ostali rezovi : donji rez: Visina otkopnog bloka može, a ne mora da odgovara maksimalnoj otkopnoj visini bagera. U pogonskim uslovima se najčešće teži da se visina bloka izjednači sa maksimalnom otkopnom visinom bagera, jer se na taj način povećava opšta koncentracija radova na otkopu tj. smanjuje se broj etaža i zahvata veći obim masa za jedan korak pomeranja etažnih transportera. Takva nastojanja, međutim, nije uvek moguće realizovati u radnim uslovima, jer je visina bloka često limitirana geomehaničkim uslovima stabilnosti etažnih kosina. Smanjenjem visine bloka u odnosu na maksimalno moguću visinu, postiže se sledeće: • povećava se dužina otkopavanja bloka za jedan ciklus napredovanja bagera što doprinosi da se sa istim vremenskim gubicima na neizbežnim pomoćnim operacijama (vreme promene podetaže i vreme promene bloka) otkopa veći obim masa za jedan ciklus napredovanja bagera, tj. da se ostvari bolje kapacitetno iskorišćenje bagera ; • smanjuje se ugao okretanja nosača radnog točka koji izlazi van opsega ugla automatske regulacije brzine kružnog kretanja, pa se ostvaruje bolje punjenje vedrica na radnom točku tj. bolje kapacitetno iskorišćenje bagera. Međutim, smanjenjem visine bloka smanjuje se koncentracija rada u okviru jedne etaže i šire u okviru celog otkopa (neopravdan je veći broj etaža i transportnih horizonata na otkopu) i povećava se vreme zastoja zbog češćeg pomeranja etažnih transportera, pa se izbor optimalne visine bloka mora posmatrati, ne samo sa tehničkog (bolje kapacitetno iskorišćenje bagera) već sa tehnoekonomskog aspekta. Povećanje koncentracije rada, odnosno visine otkopnog bloka na račun rada bagera po visinskim i dubinskim rampama najčešće nema efekta, budući da rad bagera po rampama povlači za sobom mnogo manevarskih pokreta i praznih hodova bagera što se direktno odražava na gubitke u kapacitetnom i vremenskom iskorišćenju bagera. Formiranje bočne kosine etaže rotornim bagerom se vrši tako što se sukcesivno smanjuje unutrašnji ugao okretanja strele bagera pri otkopavanju nižih rezova (Slika 3.12.). Slika 3.12. - Šematski prikaz bočne kosine Ugao nagiba bočne kosine (P b) zavisi od radijusa kopanja gornjeg reza (Rkg), graničnog ugla okretanja strele bagera pri otkopavanju donjeg reza (9 udgr) i visine bloka (H). Ugao okretanja strele bagera prema masivu pri otkopavanju donjeg reza mora biti veći ili jednak uglu slobodnog rezanja: ^ - ugao slobodnog rezanja (u granicama 35°do 65°). Ugao nagiba bočne kosine može se odrediti iz relacije gde je: hrg - visina otkopavanja merena od nivoa stajanja bagera do centra ose rotora pri otkopavanju gornjeg reza (m); r - poluprečnik rotora (m); lg - horizontalno rastojanje između ose bagera i ose rotora pri otkopavanju prvog reza (m); ld - horizontalno rastojanje između ose bagera i donje ivice bočne kosine (m); gde je: Rg - radijus kopanja gornjeg reza (m); Rd - radijus kopanja donjeg reza (m); - ugao obrtanja strele bagera prema masivu pri otkopavanju gornjeg reza (o); - ugao obrtanja strele bagera prema masivu pri otkopavanju donjeg reza (o); Radijus otkopavanja gornjeg reza (Rg), meren od ose rotora do vertikalne ose obrtanja, definisan je izrazom: a radijus kopanja donjeg reza (Rd), meren od ose rotora do vertikalne ose obrtanja bagera, definisan je izrazom: gde je: Ls - dužina strele bagera (m); ag, ad - uglovi nagiba strele bagera pri otkopavanju gornjeg, odnosno, donjeg reza (o); e - horizontalno rastojanje između zglobnog oslonca strele bagera na platformi i vertikalne ose obrtanja bagera (m); Pri formiranju čeone kosine, rotor bagera je postavljen upravno na etažnu kosinu pa luk koji u rezu formira rotor predstavlja deo kruga (Slika 3.13.). Ugao nagiba čeone kosine može se kretati u granicama: Slika 3.13. - Šema za određivanje graničnog ugla nagiba čeone kosine Granični ugao nagiba čeone kosine zavisi od visine otkopavanja i konstruktivnih karakteristika bagera : gde je: F - dužina gusenica merena od vertikalne ose okretanja bagera do njene prednje ivice (m); f - minimalno odstojanje krajnje prednje ivice gusenica do donje ivice etažne kosine (m); Veličina (f) obuhvata vrednost (f) koja proizilazi iz polukružnog oblika donje ivice čeone kosine i vrednosti (f) kao graničnog sigurnosnog rastojanja gusenica od donje ivice kosine (Slika 3.14.): gde je: E - odstojanje od krajnje bočne ivice gusenice do podužne ose bagera (m); f- sigurnosno odstojanje gusenica od donje ivice etažne kosine obzirom na mogućnost pojave odrona iz kosina, obično 1.5 - 2 m. Granični ugao nagiba čeone kosine ima smisla samo kao završni ugao kosine na kraju etaže. Prema tome, za određene dužine otkopavanja bloka moguće je bagerom izvesti i određene minimalne uglove nagiba čeonih kosina prema obrascu: gde je: Z - dužina (dubina) otkopavanja bloka (m). Slika 3.14. - Šema za određivanje minimalnog odstojanja gusenica od donje ivice bloka Širina bloka je u funkciji radijusa kopanja gornjeg i donjeg reza, visine bloka, ugla nagiba bočne kosine i uglova obrtanja strele bagera prema masivu pri otkopavanju gornjeg reza i ugla obrtanja prema otkopanom prostoru pri otkopavanju donjeg reza. Parametri koji ograničavaju širinu bloka su: • Udaljenost gornje ivice bočne kosine prema masivu od podužne ose bagera, širina dela bloka prema masivu po gornjem rezu (fig); • Udaljenost donje ivice bočne kosine prema otkopanom prostoru od podužne ose bagera, širina dela bloka prema otkopanom prostoru po donjem rezu (fi d). Maksimalna vrednost gornje širine dela bloka prema masivu se postiže kod punog okretanja strele bagera prema bočnoj kosini pri otkopavanju prvog reza za ugao ygu = 90o. Veličina Bg je tada jednaka radijusu kopanja gornjeg reza. Veličina Bd zavisi od ugla okretanja strele bagera ka bočnoj kosini prema otkopanom prostoru pri otkopavanja donjeg reza (yds). Širina bloka (Slika 3.15.) iznosi: Širina gornjeg dela reza prema masivu je: Za ugao ygu = 90°, Bgu = Rg, širina gornjeg dela reza prema masivu je: Obzirom da je širina donjeg dela reza prema otkopanom prostoru: sledi da je ukupna širina bloka: Slika 3.15. - Šema za određivanje širine bloka Maksimalna širina bloka koja se može ostvariti otkopavanjem rotornim bagerom pri određenom uglu okretanja strele bagera prema otkopanom prostoru, pri otkopavanju donjeg reza, smanjuje se sa porastom visine bloka i smanjenjem ugla nagiba bočne kosine. Gornja vrednost ovog ugla je ograničena na 50° (najčešće se usvaja 30°) jer pri prekoračenju ove vredosti nastaje potiskivanje materijala u stranu iz oblasti postojećeg "klina" što osetno smanjuje punjenje vedrica i povećava obim radova pomoćne mehanizacije. Uticaj širine bloka na kapacitet bagera se manifestuje preko promene debljine reza usled povećanja ugla zaokretanja nosača radnog točka prema bočnoj kosini, kada je punjenje vedrica radnog točka slabije. Usvajanje manje širine bloka od maksimalno moguće, s obzirom na geometrijske parametre bagera, ima za posledicu smanjenje vremenskog iskorišćenja bagera zbog češćeg pomeranja etažnih trakastih transportera, a pri određenoj dužini etaže evidentno je smanjenje i vremenskog i kapacitetnog iskorišćenja bagera zbog češćeg uklapanja istog za otkopavanje novog bloka. Smanjenje širine bloka radi povećanja ukupne otkopne širine, tj. otkopavanje bloka iz dva prolaza bagera za jedan položaj etažnog transportera (otkopavanje dva bloka umesto jednog) utiče na smanjenje kapacitetnog iskorišćenja bagera jer je odnos vremena pomoćnih operacija i vremena čistog kopanja (glodanja) u ovom slučaju nepovoljniji. Pri ovakvom radu evidentno je smanjenje vremenskog iskorišćenja (manevrisanje bagerom radi uklapanja za otkopavanje novog bloka) mada je nekad ovakav rad opravdan zbog ređeg pomeranja etažnih transportera što naročito može biti značajno u zimskom i kišnom periodu. Na našim površinskim kopovima lignita, zbog geomehaničkih uslova stabilnosti, od interesa je da ugao nagiba bočne kosine bude što manji, kako bi se izbeglo obrušavanje bočne kosine sa svim negativnim posledicama koje takvo obrušavanje materijala iz kosine može izazvati. U cilju dobijanja što blažeg ugla nagiba bočne kosine neophodno je prvu podetažu otkopavati sa uglom zaokretanja prema unutrašnjoj kosini ygu = 90o. Budući da kod rotornog bagera ugao zaokretanja sa regulisanom brzinom ne prelazi yr = 60 -H 70o, to su evidentni gubici u kapacitetu bagera na ugaonim delovima podetaža ygu - yr tj. na delovima podetaža gde bager radi sa konstantnom brzinom kružnog kretanja nosača radnog točka. Procentualni gubitak kapaciteta u funkciji ugla regulisane brzine i maksimalnog ugla zaokretanja nosača radnog točka je definisan izrazom: za <PU = <Pr za (pu > (pr Određeno smanjenje gubitaka u kapacitetu, i kod ugla zaokretanja nosača radnog točka (pu = 90° , može se ostvariti na taj način što se ne izvodi pun zaokret nosača radnog točka za svaki rez, već za svaki treći ili četvrti, čime se stvara uslov da se povećaju debljine odrezaka izvan opsega ugla automatske regulacije gde širine odrezaka ostaju konstantne. Dužina otkopavanja bloka predstavlja zbir debljina pojedinačnih rezova po dubini bloka čime se formira pojas, koji se otkopava u jednom nastupanju bagera po njegovoj osi kretanja. Dužina pojasa, odnosno, nastupanja po dubini bloka posle koje se bager vraća nazad za prelazak u sledeći niži pojas, zavisi od visine bloka, ugla nagiba čeone kosine i gabarita strele bagera i guseničnog mehanizma za kretanje. Za stvarnu maksimalnu dužinu otkopavanja bloka po pojasevima, usvaja se manja vrednost koja se dobija po osnovu dva ograničenja : gde je: Z^ - dužina otkopavanja bloka ograničena prilaskom bagera donjoj ivici čeone kosine (m); Z2 - dužina otkopavanja bloka ograničena dodirom konstrukcije strele bagera i gornje ivice nižeg reza (m). Slika 3.16. - Šema za određvanje dužine bloka iz uslova prilaska bagera donjoj ivici kosine bloka Dužina otkopavanja bloka koja proizilazi iz ograničenja prilaska bagera donjoj ivici čeone kosine može se odrediti po šemi prikazanoj na (Slici 3.16.) i iznosi: Dužina otkopavanja bloka koja proizilazi iz ograničenja dodira konstrukcije strele bagera i gornje ivice drugog reza može se odrediti po šemi prikazanoj na (Slici 3.17.) i iznosi: gde je: d - odstojanje krajnje donje ivice strele bagera od njene ose (m); t - granična udaljenost prilaska konstukcije strele bagera gornjoj ivici drugog reza (m); hv - visina gornjeg reza (m); aq - vertikalni ugao nagiba strele bagera pri otkopavanju donjeg reza (°). Slika 3.17. - Šema za određivanje dužine bloka iz uslova dodira konstrukcije Veći uglovi nagiba čeone i bočne kosine utiču na povećanje kapaciteta bagera. Za veći ugao nagiba čeone kosine, a za određenu visinu bloka, moguće je ostvariti veću dužinu otkopavanja bloka za jedan ciklus napredovanja bagera, a s tim u vezi i bolje kapacitetno iskorišćenje. Za veći ugao nagiba bočne kosine, a za određenu širinu bloka, moguće je smanjiti uglove zaokretanja nosača radnog točka bagera koji izlaze van opsega ugla automatske regulacije. Smanjenjem uglova zaokretanja (obično u I-oj i Il-oj podetaži) ostvaruje se bolje punjenje vedrica materijalom, a time i bolje kapacitetno iskorišćenje bagera. Tehnološki parametri odreska (Slika 3.18.) su: h - visina odreska koja odgovara visini reza (m); So - debljina odreska koja je u funkciji ugla okretanja strele bagera u odnosu na podužnu osu bagera () i ugla rezanja (p) (m); b - širina odreska koja je u funkciji brzine okretanja strele bagera, Vv, odnosno, ugla okretanja strele bagera u odnosu na podužnu osu bagera (). Slika 3.18. - Tehnološki parametri odreska Debljina odreska (So) koja je jednaka debljini reza, se ostvaruje pomeranjem bagera na početku ulaska u novi rez, odnosno, kada je strela rotora u krajnjim položajima prema masivu i otkopanom prostoru, kada se ujedno i menja smer okretanja. Debljina odreska se menja u zavisnosti od ugla okretanja strele bagera levo i desno od podužne ose bagera po zavisnosti: i u zavisnosti od ugla okretanja vedrice oko horizontalne ose rotora po zavisnosti: U opštem slučaju se debljina odrezaka, u zavisnosti od ugla okretanja strele bagera u odnosu na podužnu osu bagera i položaja vedrice u okviru ugla rezanja, može odrediti shodno zavisnosti: gde je: S(pp - tekuća vrednost debljine odreska u funkciji od ugla okretanja strele bagera (0 i ugla rezanja (p); S0 - debljina odreska merena na visini poluprečnika rotora (p = 90°) i za položaj strele bagera u pravcu podužne ose bagera (p = 0°), kada je S0 = Smax. Konstruktivno ograničenje maksimalne debljine odreska je bočna dužina vedrice, odnosno, Smax < Lbv. Širina odreska (b) se menja u zavisnosti od brzine okretanja strele bagera u odnosu na podužnu osu bagera i broja pražnjenja vedrica u minuti. Pri konstantnoj brzini okretanja strele bagera, širine odrezaka u okviru reza su jednake i iznose: Pri promenjljivoj brzini okretanja strele bagera promenjljive su i širine odrezaka: pri čemu je: gde je: Vb - konstantna brzina okretanja strele bagera (m/min); Vb0 - osnovna linearna brzina pomeranja strele bagera merena u pravcu podužne ose bagera, odnosno, za cp = 0° (m/min); Vbq) - promenjljiva brzina okretanja strele bagera (m/min); n - broj pražnjenja vedrica (min ). 3.4. Kapacitet rotornih bagera Kapacitet kontinualnih sistema sa rotornim bagerima najviše zavisi od prvog i osnovnog elementa sistema - rotornog bagera [25, 27, 28, 35, 36, 37, 38, 44, 45, 51, 64, 65]. Kapacitet rotornog bagera predstavlja efekat rada izražen u (m3) ili (t) otkopane mase u jedinici vremena i izražava se kao: teoretski kapacitet, tehnički kapacitet, eksploatacioni kapacitet i efektivni kapacitet. Teoretski kapacitet (Qt) dobija se na osnovu konstruktivnih i kinematičkih karakteristika bagera. Tehnički kapacitet, (Qth ) pored konstruktivnih karakteristika bagera, obuhvata i faktore uticaja radne sredine (otpor kopanju, raspucalost, plastičnost, lepljivost, parametre za stabilnost kosina) i tehnologije rada bagera u bloku, odnosno, učešće čistog vremena otkopavanja u ukupnom proizvodnom vremenu za otkopavanje bloka. Eksploatacioni kapacitet (Qe ) u suštini predstavlja tehnički kapacitet korigovan učešćem zastoja, koji se javljaju u toku planiranog radnog vremena i ukupnog vremena rada. Izražava se za određeni vremenski period eksploatacije. Pored planiranih zastoja sistema i zastoja zbog manevarskih i pomoćnih operacija kod proračuna eksploatacionog kapaciteta uključeni su i neplanirani zastoji. Efektivni kapacitet (Qef) dobija se na kraju kalendarskog perioda po tačnom utvrđivanju efektivnog radnog vremena i ukupno izmerenih otkopanih količina otkrivke ili uglja. Prema tome, kapacitet rotornog bagera zavisi od sledećih grupa uticajnih faktora : • Konstruktivni i kinematički parametri kopanja i transporta, prečnik rotora i dužina strele, zapremina, broj i konstrukcija kašika, brzina rotacije, okretanje, spuštanje i podizanje radnog organa, vreme reverzije okretanja strele, tip i brzina mehanizma za transport bagera, dinamičke karakteristike, čvrstoća, dugovečnost i sigurnost osnovnih delova ; • Fizičko-mehaničke osobine stenskog materijala, u prvom redu njegov specifični otpor kopanju, lomljivost, raspucalost u masivu, plastičnost, lepljivost, vlažnost i dr. ; • Stepen podudarnosti tehnoloških elemenata otkopa (širine bloka, visine i ugla kosine etaže) sa parametrima bagera ; • Sistem eksploatacije i organizacija rada na površinskom kopu (elementi sistema eksploatacije, broj i vreme radnih smena u toku godine, sistem eksploatacije, dužina fronta, vrsta i organizacija transporta i dr.). Između nabrojanih uticajnih faktora, samo su konstruktivni i kinematički faktori za određeni model bagera konstantni. Ostali uticajni faktori su promenljivi i zavise od uslova eksploatacije. Teoretski kapacitet (Qt) rotornog bagera računa se kao proizvod računske zapremine jedne kašike (q) i broja istresanja na minut (n) : Qt — 60 q n (rm3/h) (3.41) Pošto se kašike pune rastresenim materijalom, to se i teoretski kapacitet prikazuje u (m3/h) rastresenog stenskog materijala. Teoretski kapacitet pokazuje konstruktivne i energetske mogućnosti rotornog bagera i ograničen je zapreminom kašika na rotoru, snagom pogona ili propusnom moći transportera. Teoretski kapacitet rotornog bagera može se računati i preko zapremina rezova po formuli: Qt = 60 svh (rm3/h) (3.42) gde je: s - debljina reza (m); v - brzina okretanja strele (nosača rotora) (m/min); h - visina sloja (m). Tehnički kapacitet (Qth ) rotornog bagera je njegov maksimalno mogući kapacitet u određenom otkopu i steni. U tehničkom kapacitetu su uključena svojstva stene i organizacija procesa bagerovanja otkopa, a računa se po formuli: Qth = Qt kp fr (čm3/h) gde je: kp - koeficijent punjenja kašika; kr - koeficijent rastresitosti stene; k0 - koeficijent otkopa (produktivnosti). Koeficijent otkopa (k0) ili koeficijent produktivnosti uzima u obzir uticaj svih manevarskih operacija u bagerovanju bloka: približavanje bagera otkopu (kod bagera sa izvlačenjem katarke - izvlačenje), spuštanje rotora i odmicanje bagera, prelaz na obradu sledećeg bloka (u sledeći ciklus bagerovanja), tj. približavanje bagera otkopu i podizanje rotora. Pored toga, ovim koeficijentom se uzimaju u obzir i gubici kapaciteta od ubrzanja i usporenja okretanja strele u početku i na kraju rezova, reverziranja, gubici usled srpastog oblika rezova, van oblasti regulacije i gubici zbog smanjenja visine krajnjih rezova prema otkopanom prostoru. Manevarski pokreti rotornog bagera koji znatno utiču na kapacitet bagera zavise od geometrije radilišta i konstruktivnih parametara bagera. Manevarski pokreti mogu biti u vertikalnim ravnima (obuhvataju dizanje i spuštanje rotora, produžavanje strele bagera i kretanje bagera) i bočni (obuhvataju neproduktivne pokrete strele oko vertikalne ose bagera uglavnom zbog promene reza koji se otkopava i otkopavanja rezova prema otkopanom prostoru). Dokazano je da osnovni uticaj na kapacitet imaju manevarski pokreti u vertikalnim ravnima. Uticaj bočnih manevarskih pokreta je zanemarljiv, posebno ako je vešt rukovaoc bagera. Veća dubina napredovanja čela, porast širine bloka, i povećanje ugla nagiba čeone kosine smanjuju manevarske pokrete za vreme rada i povećavaju kapacitet bagera. Povećanje visine etaže dovodi do porasta manevarskih pokreta i pada kapaciteta bagera. Najmanje manevara vrši se kod etaže koja se sastoji iz jednog reza, ali su sa aspekta tehnologije rada povoljnije visoke etaže. Uticaj dužine etaže na kapacitet bagera izražava se preko koeficijenta gubitaka u kapacitetu (Kg) zbog usecanja bagera u novi blok, pošto je kapacitet bagera pri usecanju u novi blok osetno manji nego pri radu u regularnom bloku. Prema tome, broj usecanja u blok je u direktnoj zavisnosti od dužine etaže. Koeficijent gubitaka u kapacitetu zbog usecanja u novi blok se može definisati izrazom: gde je: L - dužina etaže (m); lu - dužina zone u kojoj se vrši usecanje u novi blok (m); % - koeficijent korekcije kapaciteta bagera « 0,6). Eksploatacioni kapacitet (Qe) rotornog bagera, pored nabrojanih faktora koji utiču na tehnički kapacitet, odražava još i uticaj organizacije rada bagera, transporta i održavanja u određenom vremenskom periodu, a računa se po formuli: gde je: T - posmatrano vreme (h); kv - koeficijent iskorišćenja vremena, računa se po formuli : gde je: tpz- vreme planiranih zastoja (neradno vreme, mesečni planski preventivni pregledi i opravke, godišnji, srednji i veliki remonti, rekonstrukcije); tnz - vreme neplaniranih zastoja. Korišćenjem statističkih podataka i moderne računarske tehnike, eksploatacioni kapacitet (Qe) rotornog bagera u bilo kom razmatranom kalendarskom vremenskom periodu (smena, nedelja, mesec ili godina), računa se iz izraza: gde je : Tk - razmatrani kalendarski vremenski period (smena, nedelja, mesec, godina); Kt - koeficijent tehnološkog iskorišćenja vremena rada bagera dat formulom: gde je: tv - ukupno vreme rada bagera ; tp - ukupno vreme pomoćnih tehnoloških operacija koje obuhvata manevrisanje u bočnoj i vertikalnim ravnima, pomeranje transportera, obilaženje transportera na kraju fronta, itd.; Kth - koeficijent tehničkog iskorišćenja vremena u razmatranom periodu kalendarskog vremena (Tk) : gde je: T0 - vreme tehničkog opsluživanja bagera; Tr - vreme remonta bagera; K0 - koeficijent organizacionog iskorišćenja vremena: gde je : t0 - ukupno vreme zastoja iz organizacionih razloga. 4. MODELIRANJE RADNE SREDINE NA POVRŠINSKIM KOPOVIMA LIGNITA Pojam modela i modeliranja zasniva se na postojanju sličnosti između dva sistema i to realnog i apstraktnog sistema. Realni, stvarni procesi sadrže veliki broj promenljivih veličina koje treba obuhvatiti da bi se potuno i korektno opisao sistem. Radi upoznavanja i razumevanja procesa, delova i sistema koji se proučavaju u celini, a naročito radi predviđanja ponašanja sistema, potrebno je da se izvrše određeni eksperimenti i istraživanja. Direktna istraživanja na sistemima koji mogu biti poslovni, ekonomski, organizacioni, proizvodni, tehnički i dr., po pravilu su vrlo skupa, obimna ili nemoguća ako su sistemi u fazi projektovanja. Tada se za ispitivani sistem traži zamena sličnim sistemom - modelom [4, 6]. Osnovna osobina modela i istovremeno potreba za modeliranjem proizilazi iz činjenice da se na taj način omogućava eksperimentisanje i analiza koja na realnim sistemima nije moguća. Samim tim, direktno se koristi kod odlučivanja u slučaju predviđanja posledica ili nastalih stanja donetih odluka, bez intervencije na realnoj pojavi. Vrlo važna osobina je to da se rezultati dobijeni modelom mogu proveravati i analizirati jednostavno bez rizika i velikih troškova u relativno kratkom vremenskom periodu obrade. Eksperimentalno ispitivanje radne sredine ili njenih modela je jedna dopunska mogućnost da se dođe do pouzdanih podataka o stanju napona, deformacija ili pomeranja, kao podataka koji su neophodni za analizu radne sredine. U okviru eksperimentalnih metoda razvijaju se razni postupci koji koriste podatke i saznanja iz fizike (posebno optike i elektronike), matematike, mehanike krutog i deformabilnog tela, reologije, hemije, geologije, mehanike tla, automatike i digitalne tehnike. Dobijeni podaci veoma su bitni za ocenu nosivosti i stabilnosti radne sredine, posebno u odnosu na dejstvo lokalnih koncentracija napona, stvaranja plastičnih područja, mehanizam loma, kao i na uticaj promene mehaničkih karakteristika materijala zavisno od vremena i temperaturnih promena. Pri tome, opterećenje može da bude mehaničko, termičko, hemijsko i dr., može da bude statičko ili dinamičko (periodično, harmonijsko, udarno, impulsno ili stohastički promenljivo kao kod zemljotresa ili kod turbulentnih uticaja vetra ili vode). Ovim ispitivanjima analiziraju se problemi vezani za razna stanja u odnosu na prirodu sredine koja se ispituje: izotropna ili anizotropna, homogena ili nehomogena, kontinualna ili diskontinualna, u oblasti elastičnih, plastičnih ili visokoelastičnih deformacija. Ponekad se kao dopunski problem javlja problem prenošenja rezultata dobijenih modelskim ispitivanjem na originalnu radnu sredinu, služeći se pri tome teorijom modelske sličnosti. Veoma je važno poznavanje reoloških i mehaničkih karakteristika modelskih materijala pri čemu svako modelsko ispitivanje mora biti praćeno i baždarenjem (kalibracijom tog modelskog materijala). U površinskoj eksploataciji uglja, modeliranje radne sredine podrazumeva detaljnu analizu realnog prostora površinskih kopova na nivou baza podataka etažnih ravni koje se formiranju interpolacijom i interpretacijom rezultata izvornih geoloških istražnih radova i svih ostalih rezultata ispitivanja. To su strukturne karakteristike, inženjersko-geološke karakteristike,fizičko- mehaničke karakteristike, karakteristike kvaliteta, hemijska, tehnička, mineraloško-petrografska ispitivanja, kao i sva ostala ispitivanja koja su potrebna da se u potunosti defineše realni prostor površinskih kopova. Za modeliranje radne sredine koriste se metode interpolacije i optimizacije vertikalne podele ležišta na etaže [10, 27, 35, 43] . Druga faza modeliranja sistema površinske eksploatacije predstavlja modeliranje tehnologije rada opreme na površinskim kopovima, pošto je tehnologija otkopavanja najvažniji deo sistema površinske eksploatacije. Modeliranje se vrši na osnovu detaljne dekompozicije tehnoloških procesa otkopavanja na sve radne i manevarske operacije prema kinematsko- konstruktivnim karakteristikama i tehnološkim parametrima rada. U ovoj fazi modela obuhvaćena je i realna vremenska slika stanja i ponašanja proizvodnih sistema na površinskim kopovima. Primenjene su metode simulacionog modeliranja, statistička analiza i metoda Monte Karlo. Treća faza modeliranja sistema površinske eksploatacije predstavlja integraciju prethodne dve faze modela. Realno okontureni prostor površinakih kopova interpretira se kao baza podataka koja sadrži sve bitne parametre radne sredine od kojih zavisi definisanje tehnoloških parametara eksploatacije. Simulacionom tehnikom vrši se izbor tehnoloških parametara rada opreme koji daju potreban kapacitet proizvodnje i istovremeno se preuzimaju podaci o kvalitetu otkopane sirovine. Stabilnost proizvodnje ispituje se na bazi raspona pojavljivanja kapaciteta i kvaliteta otkopane sirovine u realnom prostoru površinskog kopa u odnosu na graničnu vrednost. U zavisnosti od karakteristika ležišta defineše se kontura površinskog kopa prema prirodnim, tehničko- tehnološkim i ekonomskim kriterijumima i ona predstavlja ograničeni realni prostor određen za eksploataciju. 4.1. Geotehnički model Geotehničkim model predstavlja osnovu za projektovanje nagiba kosina i sastoji se od četiri sastavna modela: - geološkog modela, - struktumog modela, - modela stenskog masiva (svojstva stenskog materijala), - hidrogeološkog modela. Prikazani modeli takođe se primenjuju i za druge aspekte projektovanja rudarske eksploatacija, na primer za određivanje rudnih rezervi i projektovanje rudarskih radova. Međutim, pojedina svojstva svakog od navedenih modela su od ključnog značaja za proces projektovanja nagiba kosina. Geotehnički model je moguće primeniti i za druge važne potrebe, kao što je analiza primarnog ("in-situ") naponskog stanja i njegove promene, naročito kod projektovanja veoma visokim kosina, u slučejevima kada su u okolini prisutne podzemne prostorije, kao i za analizu uticaja seizmičnosti. Slika 4.1. - Geotehnički model Geološki model Geološki model predstavlja 3D prikaz geološke građe terena u zoni gde će biti formirane kosine površinskog kopa. Kategorije zastupljenih materijala u modelu ne zavise samo od litološkog sastava nego i od vrste i stepena alteracije koji mogu značajno da utiču na svojstva materijala, kako pozitivno tako i negativno. U pojedinim ležištima, posebno kod onih koja se nalaze u tropskim predelima, veliki uticaj pri projektovanju nagiba kosina može da ima i geomorfologija. Detaljno izučavanje regionalnih geoloških karakteristika terena i samog procesa mineralizacije je od posebne važnost za formiranj ovog modela. Prilikom projektovanja kosina moraju se sprovesti detaljna i sveobuhvatna geološka istraživanja kako samog ležišta, tako i okolnog stenskog masiva uključujući i jalovinu, pri čemu je potrebno posebnu pažnju posvetiti istraživanjima inženjerskih karakteristika terena. Povećanjem visine kosina površinskog kopa, posebnu pažnju je potrebno obratiti na uticaj izmenjenog naponskog stanja, naročito na koncentraciju napona u nožici kosine. Geološkim modelom je neophodno obuhvatiti procenu naponskog stanja. Strukturni model Strukturni model, koji je potreban za projektovanje kosina, obično se razvija na dva nivoa: - glavne strukture (nabori, rasedi u zoni sistema radnih kosina i samog površinskog kopa); - strukturne pukotine (pukotine, rasedi u zoni etaža). Prethodna podela je izvršena, prvenstveno, na osnovu prostorne zastupljenosti navedenih strukturnih svojstava i očekivanog uticaja na konstruktivne elemente kosina površinskih kopova. Glavni rasedi su obično postojani, kako po pravcu pružanja, tako i po padu, mada mogu imati i veći zev. Shodno prethodnom, može se očekivati da će imati uticaja prilikom projektovanja sistema radnih kosina ili završnih kosina površinskog kopa. S druge strane, strukturne pukotine obično imaju ograničen postojanost i manji zev, pa samim tim se u razmatranje uzimaju prilikom projektovanja etaža i, eventualno, sistema radnih kosina. Model stenskog masiva Svojstva stenskog materijala, u kome se kosine formiraju, određuju njihovu geometriju i samim tim način na koji će biti izvršeno njihovo projektovanje. U vezanim stenskim materijalima, strukturna svojstva, najčešće, predstavljaju ograničavajući faktor, čak i kod relativno visokih kosina. U poluvezanim i nevezanim stenskim materijalima, kao i kod kosina sa velikom visinom, čvrstoća stenskog masiva predstavlja osnovni ograničavajući faktor. Prilikom utvrđivanja svojstava stenskog materijala, moraju se u obzir uzeti moguće promene karakteristika sa vremenom (reološka svojstva). Ovo je od posebnog značaja u slučajevima gde su u stenskom masivu zastupljeni glinoviti materijali skloni bubrenju ili škriljci ispunjeni glinom, kod kojih može doći do redukovanja čvrstoće i drugih svojstava nakon njihovog otvaranja. Prilikom utvrđivanja svojstava stenskog materijala, projektant kosina može da pruži važne podatke koji su bitni za druge rudarske aktivnosti, na primer, za projektovanje bušačko-minerskih radova. Ovu činjenicu ne treba prevideti prilikom izrade programa za ispitivanje stenskog materijala. Povratna analiza uzroka pojave nestabilnosti, pa čak i stabilnih kosina, može imati velikog značaja prilikom određivanja svojstava stenskog materijala. Podaci prikupljeni detaljnim praćenjem promena stanja pojedinih delova kosina i u početnom periodu kod formiranih završnih kosina, mogu obezbediti podatke o svojstvima celokupnog stenskog masiva koje se obično ne mogu utvrditi pomoću laboratorijskih ispitvanjima na malim uzorcima, a koja se izvode za potrebe izrade Studije izvodljivosti i ranijim fazama projektovanja. Hidrogeološki model Hidrogeološke karakteristike terena, određene pomoću analize pritisaka podzemnih voda i karakteristika kretanja površinskih voda, mogu imati značajan negativan uticaj na stabilnost kosina, pa ih je neophodno detaljno izučiti. Ova svojstva su obično jedini elementi koji se, prilikom projektovanja kosina, mogu lako menjati primenom odgovarajućih mera za odvodnjavanje, naročito na nivo sistema radnih kosina ili većih sistema kosina. Međutim, odvodnjavanje i primena mera za smanjivanje pritisaka podzemnih voda zahtevaju potpunu posvećenost da bi se efikasno primenile na površinskom kopu, a obično zahtevaju značajno vreme za njihovo projektovanje i implementaciju. Identifikacija i definisanje hidrogeološkog režima u ranim fazama projektovanja su stoga od ključnog značaja. U fazi izrade računarskog modela ležišta, mogu se primeniti pet tipova modela. Ovi modeli uglavnom koriste iste ulazne podatke ali imaju razičite izlazne forme. Koriste se: • Triangulacijski model - sačinjava niz trouglova formiranih na bazi referentnih tačaka (bušotina). Triangulacijom se predstavljaju površine terena, krovine ili padine sloja, rudnog tela, površinskog kopa i sl. (Slika 4.2.). Slika 4.2. - Triangulacijski model ležišta • Mrežni - digitalni model_- predstavlja grupa linija ili stringova kojima se uglavnom ograničavaju površine, slično kao kod triangulacije. Može se izvoditi kao površinski ili prostorni model , pri čemu elementi mreže mogu biti pravougaonik (kvadrat) ili neki drugi prikaz (Slika 4.3). Slika 4.3. - Prikaz mrežnog modela ležišta • Konturni model - posebno pogodan za prikazivanje planova koji se rade u dve dimenzije kao i za mrežni model kvaliteta izlaza koji zavisi od gustine same mreže (Slike 4.4.). Slika 4.4. - Konturni model • Žičani model - defineše prostorni oblik objekta koji se modelira. Njime se predstavljaju rudna tela, rasedi, prostorije u rudnicima sa podzemnom eksploatacijom i td. (Slika 4.5). Slika 4.5. - Žičani model • Blok model - defineše se model ležišta ili površinskog kopa sa 3D podelom na blokove i podblokove. Predstavlja se metodom interpolacije, statističkim ili geostatističkim metodama, krigovanjem i metodom najbližih susednih tačaka. Ima najširu primenu u modeliranju ležišta i površinskih kopova (Slika 4.6.) [27]. Slika 4.6. - Blok model Baza podataka predstavlja osnovu modeliranja sistema površinske eksploatacije za upravljanje proizvodnjom i obuhvata tri osnovne grupe podataka i to: • podatke o izvornim geološkim istražnim radovima; • podatke o vremenskom karakteristikama ponašanja proizvodnog sistema (vremenski periodi i zastoji proizvodnog sistema) u realnom vremenu eksploatacije i • podatke o konstruktivnim, kinematskim i tehnološkim karakteristikama opreme za eksploataciju. Podaci o izvornim geološkim istražnim radovima su dobijeni u fazi istraživanja ležišta i laboratorijskim ispitivanjima. Prema koncepciji modela grupišu se kao: strukturne karakteristike, fizičko-mehaničke karakteristike i karakteristike kvaliteta. Ovi podaci su vezani za lokaciju istražnog rada (istražne bušotine) i na taj način tačno je preciziran njihov prostorni položaj. U sledećem koraku ove podatke treba interpretirati na okonturenom prostoru površinskog kopa, tako da u celini bude pokriven svim potrebnim podacima. To se radi tako što se prvo izvrši vertikalna podela na etaže, a zatim se svaka etaža deli na određeni broj miniblokova. Podela etaže na miniblokove (u horizontalnoj projekciji) znači diskretizaciju prostora etaže na skup tačaka za koje se vrši interpolacija izvornih geoloških podataka. U prvom slučaju pre interpolacije, nosilac niza informacija je bušotina ili neki drugi istražni rad, dok je u drugom slučaju posle interpolacije,dalji nosilac niza informacija težište minibloka. Izbor odgovarajuće metode za interpolaciju u ravni, vrši se prema kriterijumu najmanjeg odstupanja interpolovanih vrednosti u odnosu na realne vrednosti. Forma i dimenzije mreže za interpolaciju i veličina miniblokova definišu se na osnovu više kriterijuma. Po pravilu visina miniblokova usaglašena je sa visinom etaže. Kod definisanja širine i dužine miniblokova postoji više uslova i to: • ugao nagiba završne kosine etaže; • dimenzije eksploatacionog bloka bagera; • saglasnost površine miniblokova sa površinom poligona etaže i • intezitet promena i veličina raspona pojavljivanja strukturnih karakteristika, fizičko-mehaničkih karakteristika i karakteristika kvaliteta. Drugi deo baze sadrži podatke o vremenskom ponašanju proizvodnog sistema. To su periodi rada i zastoja sistema sa dužinom intervala i frekvencijom pojavljivanja. Predstavljanje podataka je kompleksno, u realnom prostoru (sa kordinatama x, y i z) i u realnom vremenu koje određuje aktuelnost prostornog položaja prema dinamici razvoja radova na površinskom kopu. Realni prostor i realno vreme su dva nivoa pripreme podataka koji se integrišu u zajedničku bazu podataka tako da potpuno definišu stanje radne sredine. Treća grupa podataka predstavlja konstruktivne kinematske i tehnološke karakteristike opreme koja se koristi za eksploataciju i ima stalni karakter [5]. Informacione tehnologije (IT) su veoma zastupljene u rudarstvu pri obradi i upravljanju podacima, korišćenjem programskih paketa za 3D projektovanje, modeliranje i integraciju prostornih baza podataka sa primenom dobijenih rezultata. Suština njihove primene ogleda se u povezivanju funkcija planiranja, projektovanja, nadzora, analize, odlučivanja i povratnog upravljačkog delovanja, kroz povećanje proizvodnje, produktivnosti, pouzdanosti, sigurnosti rada i operativnosti. Savremeni računarski programi kao osnovu za razvoj aplikacija koriste različite metode, od kojih su najčešće primenjene Lerchsa-Grossmanova metoda (LG), Floating Cone Method - metod "plutajuće kupe" i dinamičko programiranje. U oblasti rudarstva danas se koriste brojni računarski programi koji su prilagođeni specifičnostima koje karakterišu rudarsku delatnost. Neki od njih su: ❖ Surpac (definisanje kvantiteta i kvaliteta ležišta, geostatistike, modeliranje, planiranje eksploatacije mineralnih sirovina, kontrola proizvodnje, automatizacija određenih procesa eksploatacije) ; ❖ Gems (istraživanje, modeliranje, projektovanje rudarskih radova, praćenje proizvodnje) ; ❖ Minex (za slojevita ležišta (ugalj), upravljanje geološkim podacima i modelom, planiranje eksploatacije, definisanje najisplativijih delova ležišta, proračun rezervi, praćenje produktivnosti u proizvodnji, za rekultivaciju i saniranje kopa) ; ❖ Whittle (ekonomska optimizacija ležišta) ; ❖ Rock Ware (izrada kontura, mreža i karata određenih površina) ; ❖ LogPlot (izrada i prikaz geotehničkih, geofizičkih, rudarskih i ostalih podataka) ; ❖ Vulcan (analiza geološke građe ležišta, izrada blok modela, proračun rezervi, projektovanje plana i praćenje eksploatacije, upravljanje tim procesima) ; ❖ MineSuite (upravljanje i praćenje rudarskih procesa) ; ❖ Datamine (upravljanje geološkim podacima i rezervama mineralnih sirovina, razvoj plana eksploatacije, projektovanje i upravljanje rudarskim radovima, praćenje proizvodnje) ; ❖ Micromine (statistički proračuni, klasifikacija, kategorizacija i proračun rezervi, optimizacija kosina etaža, upravljanje i praćenje napredovanja rudarskih mašina). 4.2. Model površinskog kopa RADLJEVO Za izradu digitalnog modela površinskog kopa RADLJEVO, kao osnovne informacije korišćeni su podaci o istražnim bušotinama (ukupno 505 istražne bušotine). Ovi podaci su iskombinovani sa rezultatima uzorkovanja uglja (i analiza) i uključeni su u geološku bazu podataka modela za P.K. RADLJEVO. Uz pomoć baze podataka, izrađeno je 46 profila koji su služili kao osnova za povezivanje pojedinačnih slojeva, a napravljen je i digitalni model terena (DTM)- Digital Terrain Model koji predstavlja triangulaciju svih dostupnih podataka koji se tiču podine i krovine svakog sloja [65]. Blok model, korišćen za dalji rad, pokrio je celu razmatranu površinu i imao je dužinu od 8.440 m (sever-jug), širinu 8.975 m (istok-zapad) i visinu od 160 m (Slika 4.7.). Pošto se blok sastoji od brojnih modela pojedinačnih blokova, svakom od njih se mora odrediti veličina i pravac, tako da su za blok model Polja RADLJEVO određene sledeće veličine blokova: X=30m; Y=30m; Z=2m (osnovni blok) X=15m; Y=15m; Z=1m (pod-blok) Slika 4.7. - Dimenzije blok modela (osnovni blokovi i pod-blokovi) Osnovne karakteristike litoloških članova na istražnom području su: različito horizontalno rasprostranjeni, promenljive debljine i česte pojave proslojaka. Izražena litološka slojevitost u vertikalnom profilu i nejednako horizontalno prostiranje litoloških članova, imaju za posledicu izraženo horizontalno i vertikalno, odnosno prostorno strujanje podzemnih voda, koje je posebno izraženo u zonama kontakta peskova i šljunkova, odnosno gornjeg ugljenog sloja sa peskovima međuslojne izdani. Ovih nekoliko pomenutih činjenica je uticalo na strategijsku odluku pri izboru osnovnih karakteristika modela, da se pristupi izradi višeslojevitog modela, sa mogućnošću automatske promene hidrodinamičkog stanja strujnog polja, zavisno od uslova strujanja podzemnih voda [65]. Hidrodinamički model površinskog kopa RADLJEVO je koncipiran i izražen kao višeslojeviti model sa ukupno osam slojeva, posmatrano u vertikalnom profilu i to počev od površine terena. U Tabeli 4.1. dati su korespodentni slojevi modela i terena. Tabela 4.1. - Korespodentni slojevi modela i terena Na Slici 4.8. prikazani su šematizovani litološki profili, pri čemu se težilo da se što više postigne vernost modela u odnosu na prirodu. Slika 4.8. - Šematizovani litološki profili u pravcu zapad-istok i sever-jug Legenda: 1. Glinoviti i alevritični sedimenti; 2. Peskovi i šljunkovi povlatne izdani; 3. Ugljena serija; 4. Peskovi međuslojne izdani; 5. Peskovi podinske izdani; 6.Glinoviti sedimenti Fizičko-mehanička svojstva zastupljenih geoloških slojeva prikazani su u Tabeli 4.2. Tabela 4.2. - Fizičko-mehanička svojstva geoloških slojeva Nakon izvršene vertikalne podele na etaže i proračuna stabilnosti pojedinačnih kosina i celokupnog sistema kosina, a na osnovu fizičko- mehaničkih svojstava litoloških članova, formiran je model kosina radnih etaža (Slika 4.9.). Slika 4.9. - Model kosina radnih etaža U modelu su integrisani i sledeći parametri uglja: • donja toplotna vrednost (KJ/kg); • sadržaj vlage (%); • sadržaj pepela (%); • sadržaj sumpora (%); • pitanje isparljivosti (%). Putem Inverzne metode procene razdaljine, ovi su atributi kasnije proračunati za sve ostale pojedinačne blokove i predstavljaju osnov za dalja razmatranja. U Tabeli 4.3. prikazan je kvalitet uglja po slojevima. Tabela 4.3. - Kvalitet uglja po slojevima KVALITET UGLJA PO SLOJEVIMA Na sledećim slikama, uz pomoć softverskog paketa za projektovanje SURPAC, prikazani su geološki uslovi ležišta RADLJEVO. Slika 4.10. - Pregledna karta P.K. RADLJEVO sa lokacijom i profilima Slika 4.11. - Istočno-zapadni profil E1 prikazuje rasprostiranje slojeva i uslove stratifikacije Slika 4.12. - Istočno- zapadni profil E2 prikazuje rasprostiranje slojeva i uslove stratifikacije Slika 4.13. - Istočno-zapadni profil E3 prikazuje rasprostiranje slojeva i uslove stratifikacije Slika 4.14. - Severno-južni profil N1 prikazuje rasprostiranje slojeva i uslove stratifikacije Slika 4.15. - Severno-južni profil N2 prikazuje rasprostiranje slojeva i uslove stratifikacije Slika 4.16. - Severno-južni profil N3 prikazuje rasprostiranje slojeva i uslove stratifikacije Slika 4.17. - Principijalan projektovani kop RADLJEVO sa prikazanim sistemom kosina i ugljem Slika 4.18. - Severno-južni profil N koji prikazuje kombinaciju projektovanog kopa i rasprostiranje sloja Slika 4.19. - Severno-južni profil M koji prikazuje kombinaciju projektovanog kopa i rasprostiranje sloja 5. ANALIZA STABILNOSTI KOSINA Analiza stabilnost kosina površinskog kopa spada među važnije inženjerske proračune koji služe kao osnova projektovanju površinskog kopa. Geometrija kosine određena je geomehaničkim karakteristikama materijala u kosini, strukturno-geološkim karakteristikama ležišta u području završne kosine i rudarsko-tehnološkim uslovima. Tehnologija otkopavanja ne utiče na određivanje stabilnosti završne kosine, a geometrija kosine isključivo zavisi od parametara čvrstoće materijala u završnoj kosini. Osnovni cilj kod završnih kosina površinskog kopa je postići maksimalni nagib za zadatu konačnu maksimalnu visinu kosine pri minimalnom faktoru sigurnosti i optimalnim uslovima stabilnosti. Uticajni faktori na stabilnost kosina dati su u Tabeli 5.1. U analizama stabilnosti kosina osnovni parametri koji kao svojstva materijala ulaze u proračun su: kohezija (C), ugao unutrašnjeg trenja (9) i zapreminska masa (y). Određivanje ovih parametara izvodi se metodom direktnog smicanja uzoraka ili metodom triaksijalne kompresije [7, 13, 14, 15, 29, 30, 34, 46, 49, 53]. Jednačina linije graničnog stanja za slučaj linearnog odnosa normalnog i smičućeg napona ima oblik: T = C + on tg<p (5.1) gde su: T - smičući napon; C - kohezija; an - normalni napon; V - ugao unutrašnjeg trenja; Ako postoji pritisak vode uzduž ravni smicanja, tada jednačina graničnog stanja ima oblik: T = C + (an — u) tg<p (5.2) gde je: u - porni pritisak; Tabela 5.1. - Uticajni faktori na stabilnost kosina [45] Faktor sigurnosti (Fs) predstavlja uslove ravnoteže u kosini i to u odnosu na graničnu ravnotežu. Graničnom ravnotežom smatramo uslove kada su sile koje teže da pomere materijal duž ravni klizanja, jednake otpornim silama koje deluju duž te ravni. Tako faktor sigurnosti (Fs) predstavlja i pokazatelj mogućnosti povećanja nagiba i visine kosine zavisno od otpornih parametara koji karakterišu materijal u kome se vrši analiza stabilnosti. gde su: Fs - faktor sigurnosti ; Tf - smičuća čvrstoća tla; Tm - prosečna veličina smičućih napona na kliznoj površini potrebna da održi klizno telo u ravnoteži; Korektno utvrđivanje relevantnih fizičko - mehaničkih parametara, predstavlja jedan od najsloženijih inženjerskih zadataka s obzirom da je priroda veoma često komplikovana, teren varijabilan, izbor metoda relativno ograničen, a rizik manji ili veći, često neizbežan u svakoj ljudskoj aktivnosti. Obim i kvalitet terenskih istražnih radova i laboratorijskih ispitivanja, može često biti nedovoljan da bi se mogla izvršiti korektna i racionalna interpretacija rezultata merenja. Iz tog razloga, sadržaj i obim laboratorijskih ispitivanja fizičko - mehaničkih svojstava materijala, dati su u Tabeli 5.2. Postoji više metoda ispitivanja stabilnosti kosina. Uglavnom se zasnivaju na pretpostavkama da se pri narušavanju stabilnosti kosine obrazuje klizna površina po kojoj gornja masa klizi na donjoj duž ove površine, pri čemu se gornja klizajuća i donja nepokretna masa usvajaju kao krute i da klizanje nastaje kada u svakoj tački klizne površine napon smicanja (xm) usled dejstva spoljne sile dostigne otpornost smicanja tla (xf). Prema tome, uslov za stabilnost kosina je da postoji ravnoteža između spoljnih sila (vlastita težina tla i svako drugo spoljno opterećenje) i unutrašnjeg otpora tla (kohezija i trenje). Prvi radovi o stabilnosti kosina, koji su se pojavili u Francuskoj (Coulomb, 1773; Francais, 1820.), pretpostavljajući ravne površine klizanja, trasirali su dalji razvoj izučavanja kosina sa kružno - cilindričnim kliznim površinama. Daljim razvojem došlo se do toga da se klizno telo tretira kao jedno homogeno telo — rezultantne metode (Taylor, 1937. i 1948; Frochlich, 1951.) ili se deli u lamele -- metode lamela (Krey, 1926; Terzaghi, 1929; May i Brahtz, 1936.), a proračun se izvodi grafički (Fellenius, 1927. i 1936.) i analitički (Bishop, 1955.). Kružne površine klizanja nisu mogle uspešno da se primene u uslovima složenog nehomogenog terena, pa su se razvile metode sa proizvoljnim oblikom klizne ravni (Janbu, 1954, 1957. i 1973; Morgenstern i Price, 1965; Nonveiller, 1965.). Sve ove metode uzele su linearan kriterijum loma, međusobno se razlikuju po različitim pretpostavkama, redosledu i tehnici proračuna. Drugi pravac izučavanja stabilnosti kosina bio je usmeren na osnovne postavke teorije plastičnosti (Druckor i Prager, 1952; Sokolovski, 1942.), a u kasnijim pristupima i na proračun stabilnosti metodom konačnih elemenata (Clough I Woodward, 1967; Chang i Duncan, 1970; Loo i Ler, 1973.). Tabela 5.2. - Sadržaj i obim laboratorijskih ispitivanja fizičko-mehaničkih svojstava stena [45] Sve metode proračuna stabilnosti kosina u načelu mogu se podeliti na: • metode granične ravnoteže ; • metode teorije plastičnostii ; • metode konačnih elemenata. Metode granične ravnoteže — ove metode su zasnovane na ispitivanju stabilnosti celokupnog kliznog tela za stvarne ili potencijalne klizne ravni duž kojih se pomera nestabilna masa kao celina. Faktor sigurnosti (Fs) računa se za više potencijalnih kliznih ravni, a usvaja se ona klizna ravan sa minimalnim faktorom sigurnosti i naziva se kritična klizna ravan. U osnovi su dva postupka analize stabilnosti tla iznad predpostavljene klizne ravni, i to: a) analizira se ravnoteža celokupne mase tla iznad klizne ravni i te metode poznate su kao rezultantne metode (metoda kruga trenja-Taylorova metoda, metoda logaritamske spirale-metoda Pendulića i grafičke metode-kod homogenih materijala za brzu i orjentacionu proveru). b) klizno telo se izdeli na niz lamela, pa se ispituje ravnoteža svih lamela ponaosob, bilo grafičkim ili analitičkim putem. Metode su poznate kao metode lamela, a često su u upotrebi: • Švedska metoda (Fellenius, 1927.) - netačan faktor sigurnosti (Fs) za razvučena klizišta sa visokim pornim pritiskom, klizna ravan kružnog oblika ; • Bišopova modifikovana metoda (Bishop, 1955.) - tačna metoda samo za kružnu kliznu ravan, zadovoljava uslove ravnoteža vertikalnih sila i ukupnih momenata, međulamelarne sile su horizontalne ; • Metoda ravnoteže sila - zadovoljava ravnotežu sila, primenjiva za sve izvedene i zakrivljene klizne ravni, usvaja nagnute međulamelarne sile; • Pojednostavljena metoda Janbua (Janbu, 1968.) - zadovoljava ravnotežu sila, primenjiva za sve oblike klizne ravni, usvaja horizontalne međulamelarne sile, faktor sigurnosti (Fs) je manji od izračunatog metodama koje zadovoljavaju sve uslove ravnoteže ; • Modifikovana švedska metoda (US Army Corps of Engineers, 1970.) - zadovoljava ravnotežu sila, primenjiva za sve oblike klizne ravni, usvaja nagib međulamelarnih sila jednak nagibu padine, faktor sigurnosti (Fs) je često značajno veći od izračunatog metodama koje zadovoljavaju sve uslove ravnoteže ; • Metoda Lowea i Karafiatha (Lowe i Karafiath, 1960.) - opšte najtačnija metoda ravnoteže sila, primenjiva za sve oblike klizne ravni, zadovoljava uslove ravnoteže za vertikalne i horizontalne sile ; • Opšta metoda Janbua (Janbu, 1968.) - zadovoljava sve uslove ravnoteže, primenjiva za sve oblike klizne ravni, vrlo tačna vrednost faktora sigurnosti (Fs) ; • Metoda Spencera (Spencer, 1967.) - zadovoljava sve uslove ravnoteže, primenjiva za sve oblike klizne ravni, vrlo tačna vrednost faktora sigurnosti (Fs) ; • Metoda Morgensterna i Pricea (Morgenstern i Price, 1965.) - zadovoljava sve uslove ravnoteže, primenjiva za sve oblike klizne ravni, tačna vrednost faktora sigurnosti (Fs) ; • Metoda Sarme (Sarma, 1973.) - zadovoljava sve uslove ravnoteže, primenjiva za sve oblike klizne ravni. Metode teorije plastičnosti - zasivaju se na iznalaženju graničnog naponskog stanja, odnosno na određivanju uslova koji dovode do stvaranja plastičnih deformacija u kosinama. Manje se primenjuju nego navedene metode granične ravnoteže, ali imaju teoretski i razvojni značaj naročito prilikom analize nosivosti temelja i pritiska na potporne konstrukcije, kao i pri rešavanju specijalnih slučajeva stabilnosti. Primena teorije plastičnosti bazira se na diferencijalnim jednačinama ravnoteže u ravni i na Coulomb - Mohrovom kriterijumu loma. Metoda konačnih elemenata (MKE) - upotrebom ove metode moguće je realnije proceniti raspodelu napona, deformacije i pomeranja u kosini i to na bazi modeliranja terena nakon geomehaničkih istraživanja kojima se obuhvataju sve njegove osobine i efekti, kao što su: primarni naponi u tlu, heterogenost, anizotropija, diskontinualnost, efekat progresivnog loma i sl. Proračun faktora sigurnosti (Fs) etaža na površinskom kopu POLJE E - R.B. KOLUBARA (sitnozrni pesak i ugalj), urađen je korišćenjem tri metode : Morgenstern-Price, Bishop i Janbu (model na slici Slici 5.1.), pri različitim vrednostima pornog pritiska (ru=0.0, ru=0.2 i ru=0.5 ). Rezultati proračuna prikazani su tabelarno (Tabela 5.3. i 5.4.) i grafički (Slika 5.2). Slika 5.1. - Model površinskog kopa POLJE E - R.B. KOLUBARA Fizičko-mehanička svojstva sitnozrnog peska su : • ugao unutrašnjeg trenja p = 29° • kohezija C =26 (KN/m2) • zapreminska masa Y = 20.20 (KN/m3) Fizičko-mehanička svojstva uglja su • ugao unutrašnjeg trenja cp = 34° • kohezija C =180 (KN/m2) • zapreminska masa Y = 11,47 (KN/m3) Visina etaža je definisana vertikalnom podelom ležišta i za analizirani prostor usvojeno je He=20 m (i za pesak i za ugalj). Ugao nagiba kosina (ar) za usvojenu visinu etaže određuje se nakon sprovedene analize stabilnosti tako da za konkretnu parcijalnu kosinu iznosi ar = 40o (pesak) i a r = 70o (ugalj). Slika 5.2. - Proračun faktora sigurnosti (Fs) parcijalne kosine primenom softverskog paketa SLIDE v.6.0, Rocscience In Tabela 5.3. - Rezultati proračuna faktora stabilnosti (Fs) parcijalne kosine sitnozrnog peska za različite visine (He) i nagibe etaže (ar) na površinskom kopu POLJE E- R.B. KOLUBARA Tabela 5.4. - Rezultati proračuna faktora stabilnosti (Fs) parcijalne kosine uglja za različite visine (He) i nagibe etaže (ar) na površinskom kopu POLJE E - R.B. KOLUBARA Slika 5.3. - Faktori sigurnosti parcijalnih etaža za različite visine (He) i nagibe kosina (ar)sitnozrnih peskova Kao što se vidi na gornjem dijagramu za sitnozrni pesak (Slika 5.3.), pri visini etaže He=20 m, ugao nagiba kosine ne sme prelaziti 40o Etaže na uglju (Slika 5.4.), za visinu etaže He=20 m, mogu imati nagib i do 70o I za ostale materijale i kosine na površinskim kopovima R.B. KOLUBARA, princip proračuna faktora sigurnosti (Fs) i njegovih prikazivanja je isti. Mora se napomenuti da su analize rađene uz pretpostavku da su etaže homogene. Slika 5.4. - Faktori sigurnosti parcijalnih etaža za različite visine (He) i nagibe kosina (ar)uglja (R.B. KOLUBARA) Može se zaključiti da pravilno proračunata i definisana geometrija kosine, pored toga što utiče na sigurnost rada tokom eksploatacije, ima i veliki značaj na odabir opreme, tj. u čvrstoj je vezi sa njenim konstruktivnim parametrima. Ovo se posebno odnosi na dužinu strele bagera jer, ukoliko je ona duža, moguće je otkopavati etaže koje zahtevaju manje uglove nagiba, što je od posebnog značaja pri radu u materijalima sa slabim fizičko-mehaničkim svojstvima. U narednim poglavljima to će biti prikazano kroz analizu rada tri različita tipa bagera. 6. DINAMIČKO I STATIČKO PONAŠANJE STRELE BAGERA SchRs- 630 KAO POSLEDICA TEHNOLOŠKOG ZAHTEVA ZA POVEĆANJEM DUŽINE STRELE Uticaj produžavanja strele bagera na dinamičko ponašanje konstrukcije strele i na naponsko stanje celokupne konstrukcije bagera, ispitano je numeričkim putem, primenom metode konačnih elemenata. Kao referentni bager za istraživanja usvojen je rotorni bager tipa SchRs 630 25/6 proizvođača O&K (sada Krupp). Ovo je jedan od najzastupljenijih tipova rotornihh bagera na površinskim kopovima u okviru Elektroprivrede Srbije. Do sada je izrađivan u više modela (sa različitom zapreminom kašike (900 litara, 630 litara i 740 litara), ali sa istim konstruktivnim dimenzijama (dužina strele 35 metara). Slika 6.1. - Bager tipa SchRs 630 25/6 (osnovne dimenzije) 6.1. Metoda konačnih elemenata, osnovne postavke Nezaobilazan korak u ispitivanju konstrukcija predstavlja numerička analiza, odnosno metoda konačnih elemenata. Model, kojim se idealizuje kontinualna (neprekidna) struktura, podelom (diskretizacijom) na male elemente pravilnog geometrijskog oblika koji se nazivaju konačni elementi, opisuje ponašanje dela strukture preko zajedničke tačke susednih elemenata (čvorna tačka), sa osobinom da je pomeranje svih susednih elemenata u njoj isto. Modeliranje predstavlja kompleksan proces preslikavanja fizičkog modela u računarski, primenom idealizacije. Fizički model, sa svojom geometrijom i graničnim uslovima (oslonci i opterećenja), pretpostavljena vrsta i raspored pomeranja, deformacije i napona po modelu, čine polaznu osnovu procesa modeliranja. Modeliranje se ostvaruje kroz izbor tipa, broja, veličine konačnih elemenata za diskretizaciju, stepene slobode čvorova i granične uslove, kao i uvođenje idelaizacija i uprošćenja [1, 31, 32, 48, 50, 60, 61, 62, 63, 67]. Razlikuju se statički i dinamički proračuni nosećih struktura. a). Statički proračun nosećih struktura Jednačina statičke ravnoteže sila-pomeranje u matričnom obliku glasi: gde je : [K] = E^f^rsjg - ukupna (globalna) matrica krutosti tela ; (5 }-globalni vektor pomeranja ; (F)-ukupni vektor spoljašnjeg opterećenja elastičnog tela ; \krs\e = [T]T[krs]e[T]- matrica krutosti konačnog elementa u globalnom sistemu ; [T]-matrica transformacija lokalnog u globalni sistem ; [krs]e- matrica krutosti konačnog elementa u lokalnom sistemu. Za gredni element (strela će biti modelirana grednim elementima), kao što se može videti u nastavku, matrica krutosti u lokalnom koordinatnom sistemu glasi: gde je : Bz- krutost grede na savijanje u XY ravni (oko Z-pravca) ; GIX- torziona krutost grede. Metode za rešavanje statičke matrične jednačine ravnoteže dele se na direktne i iterativne. U direktne spadaju Gauss-ove eliminacije i Dekompozicije Choleski, a u iterativne Gauss-Seidel-ova metoda i Gradijentna metoda. b). Dinamički proračun nosećih struktura Za razliku od prethodno pomenutog statičkog proračuna gde su sva opterećenja konstantna u vremenu, pri dinamičkoj analizi na konstrukciju (posledično na svaki konačni element) deluju još i dinamičke sile koje su u funkciji vremena (inercijalne i prigušujuće sile). Ponašanje konstrukcije izložene dejstvu dinamičkih sila u najopštijem slučaju, opisuje se osnovnom dinamičkom jednačinom prinudnih prigušenih oscilacija u matričnom obliku i globalnom sistemu: gde je: [M] - globalna matrica masa ; [B] - globalno prigušenje ; [K] - globalna matrica krutosti ; [F(t)} - prinudni globalni vektor sila. Pri dinamičkoj analizi konstrukcija treba imati na umu razliku između vibracija i oscilacija. Kod oscilacija postoji zakonomernost procesa ponavljanja, a kod vibracija zakonomernost ne može da se nađe, uz napomenu da kada se ispituje dinamičko ponašanje konstrukcija postoji problem kako modelirati vektor sila. 6.2. Modeliranje strele bagera SchRs 630 Za modeliranje strele bagera SchRs-630 korišćen je softverski paket KOMIPS. Uzimajući u obzir izgled konstrukcije strele bagera, konstrukcija je modelirana grednim elementima (elementima kratke grede). Rešetkasta čelična konstrukcija prikazana je na Slici 6.2. Slika 6.2. - Čelična rešetkasta konstrukcija strele, izgled donjeg pojasa, gornjeg pojasa i bočnog zida Osim rešetkaste čelične konstrukcije strele u obzir su uzeti i svi ostali elementi koji utiiču na krutost konstrukcije strele, odnosno uzeta su i poprečna ukrućenja kao i vratila radnog točka i povratnog bubnja, moment-poluge oba reduktora, delovi konstrukcije za nošenje trake, kao i zatege. Model strele sastoji se od 290 grednih elemenata i prikazan je na Slici 6.3. Slika 6.3. - Model strele sastavljen od grednih elemenata Geometrijske karakteristike poprečnih preseka svih greda, koje su važne za numerički proračun, kao što je rečeno izračunate su primenom softverskog paketa KOMIPS, a po pravilima Otpornosti materijala. Na Slici 6.4. prikazan je jedan tipičan gredni element konstrukcije strele (prolazni "I profil'), sa pripadajućim osama. Slika 6.4. - Porečni presek jednog grednog elementa strele Kao što se vidi sa slike, osa x je podužna osa, a y i z su glavne težišne ose poprečnog preseka. Geometrijske karakteristike poprečnog preseka grede važne za proračun su: Ax - površina poprečnog preseka ; Ay, Az - smičuće površine duž osa y i z ; Ix, Iy, Iz - momenti inercije za ose x, y i z (pokazuju kako se poprečni presek suprotstavlja savijanju oko ose, važni i za statički i za dinamički proračun) ; Wx, Wy, Wz - otporni momenti inercije (važni za statički proračun). Geometrijske karakteristike pojedinih karakterističnih grednih elemenata iz svake funkcionalne podgrupe od kojih je strela sastavljena, date su ilustrativno u Tabeli 6.1. Npr. element označen u tabeli kao "podužna greda" je prolazni "I profif' i predstavnik je svoje klase, iako su četiri noseće grede promenljivog poprečnog preseka (sve te promene su uzete u obzir u proračunu). Isto tako, vratilo radnog točka modelirano je kao greda promenljivog poprečnog preseka tako da su i tu sve promene prečnika vratila uzete u obzir. Tabela 6.1. - Geometrijske karakteristike pojedinih karakterističnih grednih elemenata Geometrijske karakteristike poprečnih preseka date su u odnosu na lokalni koordinatni sistem grede, a orijentacija u odnosu na globalne ose je naknadno definisana. 6.3. Određivanje sopstvenih frekvencija oscilovanja strele bagera SchRs 630 Strela bagera (sa pripadajućim graničnim uslovima) za koju je rađen dinamički proračun prikazana je na Slici 6.5. Strela je smeštena u elastično okruženje, odnosno modelirane su i zatege o kojima strela "visi" na jarmu. Slika 6.5. - Dinamički model strele bagera, granični uslovi i opterećenja Tačke 1 predstavljaju uležištenje strele i tim tačkama je sprečena translacija u sva tri pravca. Tačke 2 su tačke veze zatege i jarma, pa su njima sprečena sva pomeranja (i translacije i rotacije). Tačke 3 predstavljaju zglobne veze strele i zatega, pa je tim tačkama lokalno oslobođen jedan stepen slobode, odnosno dozvoljena je rotacija u tom zglobu oko ose y. Isto se može postići ako se zatege modeliraju elementima štapa, a ne elementima grede. Mase reduktora (oko 8 t) i radnog točka (oko 20 t) uzete su u obzir kao koncentrisane mase pri dinamičkom proračunu, što se može videti sa slike. Dužina osnovne strele iznosi 34,93 m, a masa 64869,48 kg. Slika 6.6. - Prva tri moda oscilovanja konstrukcije strele Strela je produžavana sa korakom od 1 m, bez promene poprečnih preseka greda, visine i širine rešetke. Od 1 do 5 m strela je produžavana tako što se ukupno produženje ravnomerno raspodeljivalo na srednjih pet segmenata koji su gotovo jednaki što se tiče konstrukcije (postoje male razlike, odnosno ojačanja u donjoj zoni prvog i gornjoj zoni poslednjeg segmenta od srednjih pet). Ukupno produženje od 6m podrazumeva produženje jednog segmenta za 29,56% dužine, što je nepovoljno sa mnogo aspekata čvrstoće konstrukcije. Iz tog razloga se za ukupno produženje strele od 6m uvodi jedan novi segment i celokupno produženje se sada raspoređuje na šest (5+1) segmenata. Numeričkim putem je provereno da su dodavanjem tog segmenta zadržane dinamičke karakteristike konstrukcije, bez obzira na povećanje mase (oko 1 t), što samo potvrđuje da je ovakvo koncepcijsko rešenje produženja od 6 m mnogo kruće (M = I—) u odnosu na rešenje gde je produženje od 6 m raspoređeno na pet segmenata. Zato se i dalja produženja rade tako što se zadržava ubačeni segment, a ukupna dužina se raspodeljuje na šest segmenata. Pri ovom proračunu originalne zatege postojeće strele korišćene su za svaku sledeću produžavanu strelu. Pritom je položaj zatega diktiran geometrijom (dužinom) jarma i samih zatega, što podrazumeva da nije isti za izvornu i za produžene strele. Slika 6.7. - Promena geometrije jaram-zatega sa produženjem strele Jasno je da se sa produženjem strele položaj zatege menja, odnosno ugao koji zaklapaju konstrukcija strele i zatega se smanjuje. Pritom, 10 m predstavlja krajnju granicu do koje mogu biti korišćene postojeće zatege i jaram, jer za svako sledeće produženje dva kruga koja predstavljaju jaram i zategu se uopšte ne bi presekla. Međutim, sa prethodne slike može se videti da je i pri dužini od 10 m geometrija jaram-zatega jako narušena (ugao između zatege i strele jako mali, a između jarma i zatege jako veliki). Ove varijacije nužno dovode do promene geometrije mehanizma za podizanje-spuštanje strele radnog točka, a što implicira nužnost preprojektovanja elemnata ovog mehanizma (koturače, užad, užni bubnjevi, pogonski agregati). Isto tako, za produženje od 10 m ukupna masa strele povećala se za oko 5 t, što bi imalo svoje posledice na noseću konstrukciju celog bagera. Međutim, to nije predmet ovog razmatranja, ovde se razmatranje ograničava samo na konstrukciju strele. Rezultati dinamičkog proračuna prikazani su u Tabeli 6.2. za strelu produžavanu od 1m do (fiktivnih) 10 m. Tabela 6.2. - Rezultati dinamičkog proračuna Slika 6.8. - Dijagram promene sopstvenih frekvencija sa povećanjem dužine strele Slika 6.9. - Dijagram promene mase sa povećanjem dužine strele Kao što je prethodno rečeno, za produženje strele od 6 m, ubačen je novi segment, odnosno masa konstrukcije je svesno povećana, tako da se taj "skok" na dijagramu ne može smatrati važnim. 6.4. Naponsko i deformaciono stanje u konstrukciji strele bagera SchRs-630 izloženoj radnom opterećenju Rađen je numerički proračun konstrukcije opterećene referentnim radnim opterećenjem (statički proračun) i sopstvenom težinom greda koje čine datu konstrukciju. Slika 6.10. - Proračunski model (statika) Sa Slike 6.10. se može videti da su granični uslovi isti kao i za dinamički proračun, jer reprezentuju realne uticaje uklonjenog dela konstrukcije. Što se prividnog radnog opterećenja tiče, ukupna sila kopanja od 25 t raspodeljena je u realnim odnosima na tri sile (vertikalna 1, obimna 0,3 i čeona 0,15). U obzir nisu uzete mase reduktora i radnog točka, kao ni ostala opterećenja (težine) kojima je strela radnog točka izložena u realnim radnim uslovima. Zato su dobijeni nivoi napona (proračunski je dobijen napon oko 4 (kN/cm2)) znatno niži od očekivanih. Opterećenje je uneto na obimu radnog točka (koncentrisana sila u jednoj tački), koji je simuliran krutom gredom (Slika 6.11.). Slika 6.11. - Izgled elastične linije konstrukcije izložene fiktivnom radnom opterećenju (izvorna strela) Promena napona u jednom elementu donjeg pojasa prvog segmenta (blizu uležištenja strele), koji poseduje respektivno visok nivo napona i za slučaj osnovne i produženih strela, data je u Tabeli 6.3. Slika 6.12. - Dijagrami promene napona u elementu donjeg pojasa prvog segmenta sa povećanjem dužine strele Sa dijagrama se može uočiti da se za produženje strele od 6 m napon u ovom elementu povećao za više od 30 % vrednosti napona u istom elementu postojeće strele bagera. Takođe se može uočiti da velika produženja strele (8, 9, 10 m) nemaju smisla. Promena napona u elementu bočnog desnog zida rešetkaste konstrukcije (gledano od uležištenja ka vrhu strele), u daljem tekstu "kosi element", koji spaja poslednje vertikalne stubove i uležištenje vratila radnog točka, prikazana je u Tabeli 6.4. Tabela 6.3. - Promena napona u jednom elementu donjeg pojasa prvog segmenta Tabela 6.4. - Promena napona u elementu bočnog desnog zida rešetkaste konstrukcije Slika 6.13. - Dijagrami promene napona u kosom elementu desnog bočnog zida sa povećanjem dužine strele Promena napona u elementu leve zatege strele bagera (gledano od vrha jarma ka vrhu strele) prikazana je u Tabeli 6.5. Slika 6.14. - Dijagrami promene napona u elementu leve zatege strele sa povećanjem dužine strele Tabela 6.5 - Promena napona u elementu leve zatege strele bagera Izgled elastične linije deformacije osnovne i strela produženih za 2, 4, 6, 8 i 9 m može se videti na Slici 6.15.. Strela bagera ponaša se kao greda sa prepustom (uočava se fiktivni pokretni oslonac na levom kraju pre tačke gde se strela vezuje za zategu) na čijem kraju se nalazi sila, a koja je kontinualno opterećena sopstvenom težinom. Vidi se da za mala produženja strela ostaje kruta, dok se za velika ponaša elastično. U Tabeli 6.6. prikazan je ukupni ugib za sve korake produženja strele. Tabela 6.6. - Ukupni ugib za sve korake produženja strele Slika 6.15. - Promena izgleda elastične linije strele sa promenom dužine (statički proračun) Slika 6.16. - Grafički prikaz promene ugiba sa povećanjem dužine strele Zaključak i preporuka na osnovu svega prethodno prikazanog je da se, bez promene konstrukcije rešetkaste strukture (visine, širine rešetke i poprečnih preseka greda), može ići maksimalno na produženje strele do 5m. 7. TERENSKA ISPITIVANJA DINAMIČKOG PONAŠANJA ROTONOG BAGERA Terenska ispitivanja dinamičkog ponašanja rotornog bagera SchRs 630 izvršena su na površinskom kopu TAMNAVA ZAPAD u cilju validizacije modela koji je dobijen na modelu urađen metodom konačnih elemenata. Merenja su obavljena korišćenjem senzora trokomponentnog ubrzanja, tipa VIBRO, Mikroelektronika Beograd-Analog device USA (Slika 7.1.). Slika 7.1.- Senzor trokomponentnog ubrzanja Prva tri moda oscilovanja konstrukcije strele primenom metode konačnih elemenata (Slika 6.6.) su sledeća: • Savijanje u horizontalnoj ravni (prvi mod oscilovanja) - sopstvena frekvencija 1,4 Hz • Savijanje u vertikalnoj ravni (drugi mod oscilovanja) - sopstvena frekvencija 3,9 Hz • Uvijanje (treći mod oscilovanja) - sopstvena frekvencija 5,4 Hz Kao što je prethodno rečeno, ispitivanja sopstvenih frekvenciji izvršeno je na rotornom bageru, u normalnom radu bagera, uz pomoć gorenavedenog senzora ubrzanja, kada su merne trake postavljene na vrh strele bagera (Slika 7.2.). Slika 7.2. - Položaj mernih traka na bageru Dobijeni rezultati prikazani su na Slikama 7.3., 7.4., 7.5., 7.6. i 7.7.. Sa dijagrama se može uočiti tehnički prihvatljiva saglasnost numerički izračunatih i izmerenih sopstvenih vrednosti. Dobijeni rezultati potvrđuju validnost numeričkog modela, jer se sa dijagrama jasno uočavaju navedene frekvence. Prema tome, numerički model je verodostojan i može se koristiti za analizu produžetka strele. Ispitivanja naponskog stanja u streli bagera izvršeno je pre završetka montaže bagera, kada su lamele još uvek bile neopterećene. Dobijena vrednost napona u modelu (oko 4 kN/cm2) je niža od stvarne jer u modelu nisu uzete u obzir težine. Crvena boja - vertikalni pravac; Plava boja - bočni pravac radne strele; Crna boja - podužni pravac radne strele. U nastavku su data pojedina karakteristična merenja. 7.1. Rezultati merenja sopstvenih frekvenciji Slika 7.3. - Merenje br. 1 Slika 7.4. - Merenje br.2 Slika 7.5. - Merenje br.3 Freauencv [Hz] Slika 7.6. - Merenje br.4 Slika 7.7. - Merenje br.5 7.2. Napon u lamelama strele bagera Merenje sila u lamelama strele bagera izvršeno je primenom ekstenziometrijskih mernih traka. Izvršenim merenjima određen je napon u levoj lameli strele bagera, od sopstvenih težina bagera i iznosi: Izvršenim merenjima određen je napon u desnoj lameli strele bagera, od sopstvenih težina bagera (Slika 7.8.) i iznosi : Izvršenim merenjima određen je napon u desnoj lameli kontratega od sopstvenih težina bagera (Slika 7.9.) i iznosi: Slika 7.8. - Napon u desnoj lameli strele bagera Slika 7.9. - Napon u desnoj lameli strele kontratega 8. MODELIRANJE PROCESA OTKOPAVANJA I PRORAČUN PARAMETARA BLOKA I PODETAŽE ZA RAZLIČITE DUŽINE STRELE Kao što je u predhodnom tekstu izneto, otkopavanje materijala rotornim bagerom je veoma složen fizičko-mehanički proces, a pokazatelji efektivnosti tog procesa zavise od brojnih i raznovrsnih činilaca od kojih posebno treba istaći: fizičko-mehaničke karakteristike materijala koji se otkopava, režim rada bagera, izbor tehnoloških parametara bloka, podetaže i odreska, geometriju vedrica i reznih elemenata, itd. [19, 21, 25, 27, 28, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 45]. Da bi celokupan proces eksploatacije u svakom svom segmentu posedovao sigurnost kako za mašine kojima se vrši otkopavanje tako i za ljudstvo koje ih opslužuje, neophodno je uticajne parametre definisati tako da se rizik koji je tom prilikom prisutan svede na najmanju moguću meru. Istovremeno, mora se voditi računa da i ekonomski pokazatelji ne odstupaju od normi koje ih čine opravdanim. Dužina strele bagera (Ls), kao vrlo bitan konstruktivni parametar bagera, znatno utiče na širinu bloka (B), ugao nagiba bočne kosine (Pb), rastojanje od ose bagera do nožice kosine (Lmax), dužinu bloka (Z) i kapacitet bagera (Q). Često se međutim u praksi ovo zanemaruje tako da menadzment kompanije tek sa zakašnjenjem uočava propust koji uglavnom za posledicu ima bespotrebni utrošak značajnih novčanih sredstava. Kroz analizu ovih parametara za tri tipa bagera C-700 (tip A), SchRs- 630x25/6 (tip B) i SRs-2000x32/5 (tip C)), potvrdiće se gore izneto i pokazati neophodnost za ovakvom analizom uvek pre donošenja konačne odluke o dimenziji bagera kao i njegove strele bagera. Konstruktivni parametri navedenih bagera dati su u Tabeli 8.1. Tabela 8.1 - Karakteristike bagera 8.1. Analiza uticaja dužine strele radnog točka (Ls) na ugao nagiba bočne kosine (pb) Rezultati analize uticaja dužine strele bagera (Ls) na ugao nagiba bočne kosine (pb) za svaki od navedenih bagera prikazani su na Slikama 8.1., 8.2., 8.3. i 8.4. Slika 8.1. - Uticaj dužine strele bagera (Ls) na ugao nagiba bočne kosine (pb) za bager C-700 Slika 8.2. - Uticaj dužine strele bagera (Ls) na ugao nagiba bočne kosine (pb) za bager SchRs-630x25/6 Slika 8.3. - Uticaj dužine strele bagera (Ls) na ugao nagiba bočne kosine (pb) za bager SRs-2000x32/5 Na Slici 8.4. prikazani su zajedno uočljivo da veće dužine strele bagera takvih karakteristika čije etaže zahtevaju rezultati analize sva tri bagera i lako je omogućavaju otkopavanje materijala manje nagibe bočnih kosina (pb). Slika 8.4. - Zavisnost ugla nagiba bočne kosine (pb) od dužine strele bagera (Ls) za sva tri bagera (za vrednost osnovnih dužina strela) 8.2. Analiza uticaja dužine strele radnog točka (Ls) na širinu bloka(B) Rezultati proračuna širine bloka (B) u zavisnosti od dužine strele bagera (Ls) prikazani su za svaki bager pojedinacno (Slike 8.5., 8.6., 8.7.), kao i za sva tri bagera uporedno (Slika 8.8.). Slika 8.5. - Uticaj dužine strele bagera (Ls) na širinu bloka (B) za bager C-700 Slika 8.6. - Uticaj dužine strele bagera (Ls) na širinu bloka (B) za bager SchRs-630x25/6 Slika 8.7 - Uticaj dužine strele bagera (Ls) na širinu bloka (B) za bager SRs-2000x32/5 Slika 8.8. - Uticaj dužine strele bagera (Ls) na širinu bloka (B) uporedno za sva tri bagera (za vrednost osnovnih dužina strela) Uočljivo je da veća dužina strele bagera (Ls) omogućava otkopavanje bloka veće širine (B) pri istoj visini etaže (He). To opet dovodi do zaključka da će bageri sa većom dužinom strele bagera ostvariti veći kapacitet tj. ostvariće veću efikasnost bloka (veća širina bloka smanjuje obim pomoćnih radova na pomeranju transportera). 8.3. Analiza uticaja dužine strele radnog točka (Ls) na dužinu bloka(Z) Rezultati proračuna dužine bloka (Z) u zavisnosti od dužine strele bagera (Ls) prikazani su za svaki bager pojedinacno (Slike 8.9., 8.10., 8.11.), dok je uporedna analiza za sva tri bagera data na Slici 8.12. (sa osnovnim dužinama strele). Slika 8.9. - Uticaj dužine strele bagera (Ls) na dužinu bloka (Z) za bager C-700 Slika 8.10. - Uticaj dužine strele bagera (Ls) na dužinu bloka (Z) za bager SchRs-630x25/6 Slika 8.11. - Uticaj dužine strele bagera (Ls) na dužinu bloka (Z) za bager SRs-2000x32/5 Slika 8.12. - Uticaj dužine strele bagera (Ls) na dužinu bloka (Z) uporedno za sva tri bagera (za vrednost osnovnih dužina strela) Evidentno je da bageri sa većom dužinom strele bagera (Ls) mogu otkopati veću dužinu bloka (Z) što dovodi do smanjenja vremena manipulativnih radnji bagera, a samim tim do povećanja njegovog vremenskog iskorišćenja (veće napredovanje u okviru jedne podetaže smanjuje obim radova pomoćne mehanizacije na ravnanju planuma i njeno angažovanje uz rotorne bagere). 8.4. Analiza uticaja dužine strele radnog točka (Ls) na sigurnosno rastojanje bagera od nožice etaže (Lmax) Što se tiče sigurnosnog rastojanja bagera od nožice etaže (Lmax), logično je da veća udaljenost bagera od etaže garantuje njegov sigurniji rad tj. eventualno zarušavanje etaže ne može ga ugroziti. To potvrđuju i rezultati analize uticaja dužine strele bagera (Ls) na rastojanje od ose bagera do nožice etaže (Lmax), koji su prikazani na Slikama 8.13., 8.14., 8.15., (posebno za svaki od bagera). Uporedna analiza za sva tri bagera prikazana je na Slici 8.16.. Slika 8.13. - Uticaj dužine strele bagera (Ls) na rastojanje od ose bagera do nožice etaže (Lmax) za bager C-700 Slika 8.14. - Uticaj dužine strele bagera (Ls) na rastojanje od ose bagera do nožice etaže (Lmax) za bager SchRs-630x25/6 Slika 8.15. - Uticaj dužine strele bagera (Ls) na rastojanje od ose bagera do nožice etaže (Lmax) za bager SRs-2000x32/5 Slika 8.16. - Uticaj dužine strele bagera (Ls) na rastojanje od ose bagera do nožice etaže (Lmax) uporedno za sva tri bagera (za vrednost osnovnih dužina strela) 8.5. Analiza uticaja dužine strele bagera (Ls) na kapacitet bagera (Q) Analiza kapaciteta navedenih bagera, koje su oni ostvarili od početka njihovog rada pa do 2013. godine (RB KOLUBARA), prikazana je na sledećim tabelama i slikama (2014. i 2015. godina nisu razmatrane iz razloga što je poplava onemogućila normalan rad mehanizacije tako da bi se u analizu ušlo sa nerelevantnim podacima), [54, 55, 56, 57, 58, 59]. Tabela 8.2. - Dosadašnji rad bagera SchRs-630x25/6 (P.K. TAMNAVA-ZAPAD) Slika 8.17. - Vremensko i kapacitativno iskorišćenje bagera SchRs-630x25/6 (P.K. TAMNA VA-ZAPAD) Tabela 8.3. - Dosadašnji rad bagera SRs-2000x32/5 (P.K. TAMNAVA-ZAPAD) Slika 8.18. - Vremensko i kapacitativno iskorišćenje bagera SRs-2000x32/5 (P.K. TAMNAVA-ZAPAD) Slika 8.19. - Vremensko i kapacitativno iskorišćenje bagera C-700 (P.K. POLJE B) Tabela 8.4. - Dosadašnji rad bagera C-700 (P.K. POLJE B) Takođe, za svaki od navedenih bagera izračunat je tehnički kapacitet (Qth) u funkciji njihove dužine strele bagera (Ls), visine etaže (He), i ugla bočne kosine^). Rezultati proračuna dati su u Tabelama 8.5., 8.6., 8.7. Tabela 8.5. - Vrednosti tehničkog kapaciteta (Qth) za bager SchRs-630x25/6 Tabela 8.6. - Vrednosti tehničkog kapaciteta (Qth) za bager SRs-2000x32/5 Tabela 8.7. - Vrednosti tehničkog kapaciteta (Qh) za bager C-700 Može se izvesti zaključak da veća dužina strele bagera (Ls), (bageri Tipa B i C), omogućava mnoge prednosti u odnosu na manju dužinu strele, koja je karakteristična za kompaktne bagere (bageri Tipa A). Navedene tehnološke pogodnosti bagera sa dužim strelama utiču na povećanje njegove efikasnosti rada u bloku (Slika 8.20.), pa tako u zavisnosti od visine efikasnosti bloka, kod bagera sa dužim strelama ona se kreće oko 80%, dok je za kompaktne bagere sa kratkom srtelom do 70%. Slika 8.20. - Zavisnost efikasnosti bloka od dužine strele bagera za različite tipove bagera Takođe se može konstatovati da se pri radu bagera sa dužom strelom smanjuje broj i interval pomeranja transportera, što svakako utiče na efikasnost otkopavanja. Visina, širina i dužina bloka koji se otkopava, evidentno mogu imati veće vrednosti ako bager poseduje dužu strelu, što se direktno odražava i na njegov veći učinak.Takođe, duža strela omogućuje i veću dubinu kopanja što opet pruža veću fleksibilnost pri selektivnom radu. To se odnosi i na selektivni rad bagera u gornjim podetažama, kada duža strela bagera usled svog podizanja može obezbediti manji nagib, koji je veoma značajan za rad tračnog tratransportera koji se nalazi na njoj. Duža strela bagera ima značaj i za stabilnost kosina etaža, posebno kada se otkopava materijal sa slabijim fizičko- mehaničkim svojstvima. Sa dužom strelom moguće je otkopati etaže koje zahtevaju manje uglove nagiba, pri čemu je i sigurnosno rastojanje između bagera i nožice etaže veće, što garantuje i veću sigurnost usled eventualnog obrušavanja etaže. Analizom tehničkog (Qth) i eksploatacionog (Qex) kapaciteta bagera SchRs-630x25/6 u funkciji promene dužine njegove strele od Ls = 35 m do 40 m (visina etaže He = 20 m, nagib čeone kosine ač = 40o), dobijaju se rezultati prikazani u Tabeli 8.8.. Te vrednosti predstavljaju osnov za razmatranja koja za krajnji cilj treba da pokažu ekonomsku opravdanost povećanja postojeće dužine strele (Ls). Pošto je u prethodnim analizama utvrđeno da to povećanje dužine strele može ići samo do 5 m (zaključak iz 6. poglavlja), ekonomska analiza je rađena shodno tim dužinama, kao što je prikazano u Tabeli 8.8., uz korak promene njene dužine od 1 m. Tabela 8.8. - Vrednosti tehničkog (Qh) i eksploatacionog (Qex) kapaciteta za bager SchRs-630x25/6 u funkciji promene dužine strele bagera (Ls) 9. EKONOMSKA ANALIZA Da bi se uradila ekonomska ocena nekog projekta, neophodno je integrisati tržišne karakteristike sa karakteristikama proizvodnog procesa, što nimalo nije jednostavno. Zato proces inženjerskog odlučivanja treba shvatiti kao proces koji se ostvaruje kroz nekoliko faza: a) faza pripreme - nakon proučavanja određenog problema započinje se sa analizom ideja i predlaganjem mogućih inženjersko-ekonomskih rešenja. Poređenje alternativnih rešenja vrši se komparacijom na osnovu ukupnih i jediničnih troškova, kao i na osnovu „principa kompleksnosti". Najpre treba utvrditi obim i strukturu troškova za svaku alternativu a potom sagledati ekonomsku opravdanost svake alternative, pri čemu sve inženjerske odluke moraju polaziti od onih alternativa koje zadovoljavaju sledeći uslov : gde su : SV - sadašnja vrednost svih očekivanih budućih troškova; P - ukupni prihod; T - ukupni troškovi; (1 + K) - funkcija novca tokom vremena (diskontni faktor); K - godišnja diskontna stopa; n - broj godina, odnosno diskontnih perioda. b) donošenje odluke - konačnu odluku treba da donesu mendžeri proizvodnje zajedno sa odabranim timom stručnjaka pri čemu treba znati da pogrešno donešena odluka može imati dalekosežne posledice po dalju egzistenciju preduzeća. Ispravno doneta odluka treba da omogući stvaranje povoljnih uslova poslovanja uz ostvarenje štovećeg profita ; c) implementacija (sprovođenje) donete odluke - traje određeno vreme i po pravilu se odvija u više etapa. 9.1. Definisanje odgovarajuće metodologije Za donošenje ispravne odluke pri izboru najboljeg od razmatranih varijantnih rešenja dužine strele bagera, neophodno je definisati odgovarajuću metodologiju. Ona mora biti objektivna i proverena a rezultat koji opredeljuje izbor mora biti jasan i nedvosmislen. Zato, pored visine investicionih ulaganja, koja se menja upravo proporcionalno sa promenom dužine strele, na donošenje konačne odluke bitan uticaj imaju i troškovi rada svakog varijantnog rešenja sprave u zadatom vremenskom periodu. Najpre treba utvrditi zajednički imenitelj varijantnih rešenja koji će poslužiti za njihovo upoređivanje. Kao najpogodniji zajednički imenitelj za poređenje se nameću prosečni troškovi proizvodnje kubnog metra jalovine ili korisne mineralne sirovine koju otkopa bager tokom posmatranog perioda eksploatacije. Matematičko-statističkim modelom se simulira kretanje ekonomskih parametara vezanih za otkop (u ovom slučaju jalovine) prema predviđenoj dinamici u zadatom vremenskom periodu (analiza rađena za 20 godina), pri čemu se u obzir uzima kako visina investicionih ulaganja koja prethodi stavljanju varijantnih rešenja sprave u funkciju, tako i operativni troškovi njenog angažovanja u posmatranom periodu. Na kraju se upoređuju prosečni troškovi proizvodnje za svako varijantno rešenje [2, 18, 22, 26, 47, 68]. Ako ukupne troškove proizvodnje obeležimo sa (C) a obim proizvodnje sa (q), pri čemu znamo da ukupni troškovi proizvodnje (C) prvenstveno zavise od ostvarenog obima proizvodnje (q), ovu njihovu zavisnost možemo predstaviti monotono rastućom i neprekidnom funkciom: gde su : C - ukupni troškovi proizvodnje ; q - obim proizvodnje. Ova funkcija ukupnih troškova izražava zavisnost njihovog kretanja od obima proizvodnje u jednom vremenskom trenutku i za date tehničko- tehnološke i organizacione uslove proizvodnje. Jasno je da veći obim proizvodnje zahteva uvećanje ukupnih troškova i obratno, manji obim proizvodnje znači manje troškove. Troškovi sami po sebi nisu homogena kategorija i zavisno od potrebe ili kriterijuma mogu se klasifikovati na više načina. Tako se klasifikacija troškova može izvršiti prema mestu njihovog nastanka (troškovi izrade i troškovi režije), prema faktorima proizvodnje (troškovi radne snage, materijala i sredstava za rad), prema vezanosti za nosioce troškova (pojedinačni i zajednički), prema načinu vezivanja za nosioce (direktni i indirektni troškovi), itd. Za potrebe ove analize korišćena je podela troškova na fiksne i varijabilne. Fiksni troškovi su konstantni i u ukupnom iznosu ne zavise od ostvarenog obima proizvodnje ali se u zavisnosti od ostvarenog obima proizvodnje menjaju po jedinici proizvoda. Tipični fiksni trošovi koji se javljaju u analizi su amortizacija (5% od vrednosti sprave godišnje) i troškovi osiguranja. Varijabilni troškovi se menjaju sa promenom obima proizvodnje (tipičan predstavnik varijabilnih troškova u modelu su troškovi energije). Ostali triškovi su grupisani po kategorijama i razvrstani su na fiksnu i varijabilnu komponentu. Treba napomenuti da je podela troškova na fiksne i varijabilne relativna i da su na duži rok posmatrano svi troškovi varjabilni. Pošto se naredna analiza zasniva na praćenju rezultata za svaku godinu pojedinačno, to je odabrana klasifikacija troškova na fiksne i varijabilne metodološki opravdana. Imajući u vidu da je za date tehničko-tehnološke i organizacione uslove proizvodnje visina varijabilnih troškova upravo proporcinalna ostvarenom obimu proizvodnje (fiksni troškovi u celini ostaju konstantni), gornja funkcija ukupnih troškova može biti predstavljena na sledeći način: gde su: F(q) - varijabilni troškovi ; f - fiksni troškovi. Funkcionalna zavisnost obima proizvodnje i fiksnih i varjabilnih troškova data je kroz normalnu jednačinu prave koja predstavlja funkciju ukupnih troškova i glasi: gde su: C - ukupni troškovi ; x - obim proizvodnje (jalovine) ; a - koeficijent proporcionalnosti (predstavlja prosečne varjabine troškove i određuje ugao (uspon) trenda ekstrapolirane funkcije) ; b - slobodni član u funkciji (predstavlja fiksne troškove). Ekstrapolacija funkcije vrši se statističkom metodom najmanjih kvadrata. Sistem normalnih jednačina za datu funkciju troškova glasi: gde je : n - broj parova vrednosti (Xt, Ct). 9.2. Polazni podaci Za utvrđivanje prosečnih troškova proizvodnje kubnog metra jalovine, koga otkopa bager u svojim varijantnim rešenjima, pošlo se od sledećih činjenica: - Dužina strele radnog točka menja se u granicama od 35 do 40 m (ova granica je određena proračunima u Poglavlju 6) ; - Dinamika godišnje proizvodnje bagera data je po varijetetima dužine strele radnog točka, a na osnovu tehničkog kapaciteta bagera (Qth); - Visine investicionih ulaganja sa cenama izraženim u evrima (€) date su po varijetetima dužine strele radnog točka, pri čemu je kao polazna uzeta cena sprave od 18.000.000 (€). Obzirom na njenu težinu od 1.700 (t), to daje cenu od 10.588,25 (€/t). Svako razmatrano produženje strele prouzrokuje dodatno povećanje cene sprave za 7.500 (€/t) ; - Efekti distorzije sadašnjih investicionih ulaganja i budućih operativnih troškova eliminisani su diskontaovanjem projektovanih troškova i proizvodnje na sadašnju vrednost diskontnom stopom od 8% ; - Visina troškova poslovanja definisana je normativima utrošaka prema podacima iz Tabele 9.1., pri čemu je izvršeno dekomponovanje ovih troškova na fiksnu i varjabilnu komponentu prema zajedničkom algoritmu za sva varijantna rešenja dužine strele. Tabela 9.1. - Troškovi poslovanja prema normativima utrošaka - Amortizacija, koja predstavlja tipičan fiksni trošak poslovanja obračunata je proporcionalnom metodom po godišnjoj stopi od 5% vrednosti za sve varijante produženja strele radnog točka ; - Troškovi osiguranja, koji su po svojoj prirodi takođe fiksni troškovi, obračunati su po stopi od 1% vrednosti bagera ; - Pošto se radi o mikroekonomiji sprave (bagera), plasman i prodajna cena otkrivenog uglja nisu razmatrani ; - Pretpostavljena stopa inflacije iznosi 0%. 9. 3. Rezultati analize Primenjujući prethodno definisane parametre u modelu za analizu došlo se do prosečne cena proizvodnje po m3 rotornog bagera SchRs-630 za različite dužine strele radnog točka. Ti rezultati su prikazani u Tabeli 9.2. i Tabeli 9.3. Tabela 9.2. - Cene proizvodnje po m3 rotornog bagera SchRs-630, za dužine strele bagera Ls=35 m, Ls=36 m i Ls=37 m Grafička interpretacija rezultata iz prethodne dve tabele (fiksni troškovi, varijabilni troškovi, ukupni troškovi i godišnja proizvodnja), data je na Slici 9.1. Slika 9.1. - Odnos fiksnih troškova, varijabilnih troškova, ukupnih troškova i godišnje proizvodnje za različite dužine strele bagera SchRs-630 U Tabeli 9.4. date su vrednosti prosečnih troškova proizvodnje (€/m3) za svaku analiziranu dužinu strele bagera, a njihova grafička interpretacija je prikazana na Slici 9.2. Tabela 9.4. - Prosečni troškovi proizvodnje Slika 9.2. - Prosečni troškovi proizvodnje bagera SchRs-630 za različite dužine strele bagera Razmatrajući prethodne rezultate analize može se zaključiti da u slučaju promene dužine strele bagera do 2 m (Ls=36 m i Ls=37 m), prosečni troškovi proizvodnje rastu. Sa daljom promenom dužine strele (Ls=38m, Ls=39 m i Ls=40 m), ti troškovi opadaju čime je mogućnost produženja strele bagera potvrđena i preko ekonomskih pokazatelja. 10. ZAKLJUČNA RAZMATRANJA Rotorni bageri su mašine koje su u današnje vreme našle najveću primenu pri kontinualnoj eksploataciji uglja u Srbiji. Zahvaljujući svojim tehničko- tehnološkim karakteristikama u mogućnosti su da ostvare veoma raznovrsne rudarsko-tehničke zahteve otkopavanja, ostvarujući pri tome visoku sigurnost u radu, malu specifičnu potrošnju energije, visoki koeficijent korisnog dejstva radnog organa itd. U zavisnosti od fizičko-mehaničkih svojstava radne sredine u kojoj radi, bager je neophodno prilagoditi tim uslovima rada. Izbor bagera i ostvarenje njegovog projektovanog kapaciteta u realnim uslovima na površinskom kopu u najvećoj meri zavisi od usaglašenosti geometrijskih parametara strele bagera i radnog organa sa uslovima radne sredine. Strela bagera i rotor (rotorni točak) predstavljaju dva najvitalnija dela rotornog bagera koja bitno utiču na konstrukciju celog bagera, kao i na tehnološke parametre odreska, reza i bloka, njegov proizvodni potencijal i dr. Prema najčešće primenjivanoj podeli, bageri se dele na takozvane kompaktne bagere klase A, koji se odlikuju kratkom strelom i konstrukcijom strele od punih zidova, klase B sa rešetkastom strelom i kapacitetom do 6.000 m3/h i klase C sa rešetkastom strelom kapaciteta preko 6.000 m3/h i pretovarnim mostom. Svaki od ovih tipova bagera ima svoje prednosti i nedostatke koji se ogledaju u mogućnosti ostvarivanja tehničko-tehnoloških parametara bloka i podetaže, nabavnoj ceni i dr. Izbor rotornog bagera i naročito ostvarivanje njegovog projektovanog kapaciteta u realnim uslovima na jednom površinskom kopu, u najvećoj meri zavisi od usaglašenosti geometrijskih parametara strele bagera i radnog organa sa uslovima radne sredine. Naime, izbor dužine strele je u direktnoj zavisnosti od mogućnosti ostvarivanja tehničko-tehnoloških parametara bloka i podetaže i ostvarivanja optimalnih kapaciteta. Rotor (rotorni točak) i strela bagera predstavljaju dva najvitalnija dela rotornog bagera. Ovi delovi bitno utiču na konstrukciju celog bagera, određuju tehnološke parametre odreska, reza i bloka, njegov proizvodni potencijal i dr. Povećanjem dužine strele bagera ostvaruju se povoljniji uslovi za otkopavanje kao i parametri bloka. Veoma je važno odrediti optimalnu dužinu strele, budući, da svako povećanje dužine strele bagera ima za posledicu povećanje mase celog bagera i to linerano, dok se ne zahteva promena prečnika obrtno-oslonog kruga i donje gradnje, nakon čega je povećanje mase daleko veće. Prevelika dužina strele u odnosu na konkretne uslove radne sredine (broj, moćnost i položaj proslojaka) dovodi do osetnog povećanja mase bagera, a samim tim i njegove nabavne cene. Obrtnuto, poddimenzionisana dužina strele ima za posledicu osetan pad vremenskog i kapacitetnog iskorišćenja bagera, odnosno smanjenje koeficijenta efikasnosti rada bagera u bloku i nemogućnost ostvarivanja zahtevanih uglova nagiba bočnih kosina i dr., a pri tome, uslovi rada su manje bezbedni. U dosadašnjem periodu primene rotornih bagera u svrhu eksploatacije uglja, prilikom izbora rotornog bagera, nije primenjivana uporedna sveobuhvatna tehno-ekonomska analiza pogodnosti tipa bagera i dužine strele za konkretne uslove radne sredine, pre svega sa aspekta usaglašenosti dužine strele i mogućnosti ostvarivanja zahtevanih uglova nagiba kosina koji obezbeđuju bezbedan rad na površinskom kopu. Dosadašnja istraživanja koja su razmatrala ovu problematiku, uglavnom su se bavila ili samo bagerom i njegovim konstruktivnim delovima ili samo radnom sredinom u kojoj se obavlja eksploatacija. Cilj ovog istraživanja bio je da se analizom teoretskih i eksperimentalnih istraživanja rada rotornih bagera izvrši optimizacija dužine strele bagera za uslove radne sredine basena lignita Srbije, a u funkciji veće stabilnosti otkopnih etaža i ostvarivanja maksimalnih kapaciteta. Dobijeni rezultati doprineće boljoj efektivnosti rada bagera u sklopu kontinualnih sistema i postizanju pozitivnih ekonomskih efekata, što će značajno doprineti pravilnom izboru bagera pri otvaranju novih površinskih kopova. Dužina strele bagera, kao vrlo bitan konstruktivni parametar bagera, znatno utiče na širinu bloka, ugao nagiba bočne kosine, rastojanje od ose bagera do nožice etaže, dužinu bloka i kapacitet bagera. Visina, širina i dužina bloka koji se otkopava, evidentno mogu imati veće vrednosti ako bager poseduje dužu strelu, što se direktno odražava i na njegov veći učinak.Takođe, duža strela omogućuje i veću dubinu kopanja što opet pruža veću fleksibilnost pri selektivnom radu. To se odnosi i na selektivni rad bagera u gornjim podetažama, kada duža strela bagera usled svog podizanja može obezbediti manji nagib, koji je veoma značajan za rad tračnog transportera koji se nalazi na njoj. Duža strela bagera ima značaj i za stabilnost kosina etaža, posebno kada se otkopava materijal sa slabijim fizičko-mehaničkim svojstvima. Sa dužom strelom moguće je otkopati etaže koje zahtevaju manje uglove nagiba, pri čemu je i sigurnosno rastojanje između bagera i nožice etaže veće, što garantuje i veću sigurnost usled eventualnog obrušavanja etaže. Sva istraživanja u okviru ove disertacije su realizovana na teorijskom i eksperimentalnom nivou, uz korišćenje savremenih programskih paketa za modeliranje strele bagera (konačni elemenati), modeliranje i proračun rada bagera u bloku, modeliranje i proračun stabilnosti kosina i programskog paketa za ekonomsku analizu. Provera definisane metodologije istraživanja je obavljena sa realnim podacima sa površinskih kopova RB KOLUBARA i terenskim merenjima dinamičkog ponašanja bagera. Primenjena metodologija se sastoji iz tri faze: • Faza sistemske anaize - analiza sistema rotorni bager, sistema radna sredina, stabilnost kosina; • Faza modeliranja - modeliranje strele bagera, procesa otkopavanja i konstruktivnih i tehnoloških parametara površinskog kopa; • Faza optimizacije - optimizacija izbora dužine strele bagera u funkciji stabilnosti kosina i efektivnosti rada sa verifikacijom kroz ekonomsku analizu. Ovako definisana metodologija i integralni tehno-ekonomski model svakako će doprineti da se već u fazi izrade tehno-ekonomske dokumentacije za otvaranje novog površinskog kopa izvrši izbor, kako optimalnog bagera, tako i njegove optimalne dužine strele, što će omogućiti bezbedniji rad sa jedne strane, a sa druge strane, postići će se maksimalni ekonomski efekti rada bagera. Da bi se utvrdila zavisnost dužine strele i neophodnih investicija, neophodno je izraditi dinamički model strele bagera i utvrditi mogućnost produženja strele bagera, kako sa aspekta povećanja mase, tako i sa njenog uticaja na dinamiku bagera. Istraživanja na primeru strele bagera tipa SchRs 630 pokazala su da se povećanjem dužine strele za prvih 5 metara masa strele gotovo linerano raste. Takođe, povećanjem dužine strele, raste i napon u streli. Zaključak i preporuka na osnovu svega prethodno prikazanog je da se, bez promene konstrukcije rešetkaste strukture (visine, širine rešetke i poprečnih preseka greda), može ići maksimalno na produženje strele do 5m. Povećanje dužine strele preko 5 metara uticalo bi na promenu dizajna bagera, povećanje prečnika oslonog ležaja, površine gusenica i dr. Dobijeni rezultati terenskih ispitivanja pokazali su tehnički prihvatljivu saglasnost numerički izračunatih i izmerenih sopstvenih vrednosti. Ti rezultati potvrdili su i validnost numeričkog modela, i dokazali da je on verodostojan i da se može koristiti za analizu uticaja produžetka strele na masu i dinamiku bagera. Budući da se na površinskim kopovima koriste 3 vrste rotornih bagera (tipa A, B i C) izvršena je analiza tehničko-tehnoloških mogućnosti svakog od navedenih tipova bagera i to za različite dužine strela. Kao primer korišćeni su rotorni bageri koji se najčešće koriste u Elektroprivredi Srbije, i to kao primer za bager klase A, bager SchRs 700, kao primer za klasu B, bager SchRs 630 i kao primer za klasu C, bager SRs 2000. Analiza je pokazala da kompaktni bageri (tip A) imaju niz ograničenja u tehničko-tehnološkom smislu, pre svega sa aspekta širine i dužine bloka, visine otkopavanja bloka, dužine napredovanja u okviru jedne podetaže i dr., što uslovljava smanjenje efikasnosti u okviru bloka, pa samim tim i efektivnog kapaciteta. Takođe, pri produžetku strele bagera za 5 metara, ne mogu se ostvariti neophodni parametri sigurnosti sa aspekta stabilnosti kosina (nemogućnost formiranja kosina sa blažim uglom za potrebnu visinu etaže). Sa druge strane, bageri tipa B i C imaju značajnih prednosti koje im omogućavaju povećanje kapaciteta i ostvarivanje neophodnih blagih kosina što garantuje potrebnu stabilnost kosina. Budući da su se bageri tipa SchRs 630 u dosadašnjoj eksploataciji pokazali kao najpouzdaniji tipovi bagera, oni su uzeti kao primer za optimizaciju dužine strele u funkciji efektivnosti rada i stabilnosti kosina na površinskim kopovima lignita Srbije. Na osnovu proračuna iz modela rada rotornog bagera, za različite dužine strele, dobijene su vrednosti tehničkog i eksploatacionog kapaciteta za različite visine otkopavanja i uglove nagiba kosina. Sa dobijenim vrednostima kapaciteta i potrebnim ulaganjima za produžetak strele, urađena je ekonomska analiza za te dužine strele bagera SchRs 630. Kao najpovoljniji zajednički imenitelj za poređenje uzet je prosečan trošak proizvodnje kubnog metra otkrivke, koga bager otkopa tokom posmatranog perioda, tako da se matematičko-statističkim modelom simuliralo kretanje ekonomskih parametara vezanih za otkopavanje otkrivke prema predviđenoj dinamici, za vremenski period od 20 godina. Dobijeni rezultati analize potvrđuju mogućnost produženja dužine strele bagera i preko ekonomskih pokazatelja, tačnije, za produženje strele za 5 m prosečni troškovi proizvodnje imaju manju vrednost u odnosu na bager sa osnovnom dužinom strele. Produžetkom strele za preko 5 metara znatno brže raste masa bagera (gotovo eksponencijalno), pri čemu, efekti povećanja efikasnosti rada bagera u bloku znatno sporije rastu. Urađena ekonomska analiza je, preko utvrđenih ekonomskih parametara, pokazala da je optimalna dužina strele za ovaj tip bagera 40 m, što verifikuje i rezultate dobijene matematičkim modeliranjem strele bagera i terenskim ispitivanjima dinamičkog ponašanja bagera. Generalno, može se zaključiti: • geološkim modelom i analizom stabilnosti kosina neophodno je definisati parametre etaža koje bager treba da otkopa; • matematičkim modelom strele bagera treba odrediti dužine za koju strela može da se produži; • potvrdu, tj. verifikaciju ovog modela, treba uraditi terenskim ispitivanjima dinamičkog ponašanja bagera; • modeliranjem procesa otkopavanja i proračuna parametara bloka i podetaža, za različite dužine strele bagera, treba dokazati da bageri sa dužom strelom imaju veću efektivnost, da mogu otkopati blok veće širine, dužine i visine, da imaju manji broj i interval pomeranja transportera, da mogu da ostvare manje nagibe bočnih kosina etaža koji su veoma bitni za njihovu stabilnost, da imaju veće sigurnosno rastojanje između bagera i nožice etaže, da mogu da ostvare veću dubinu kopanja, kao i ostvarenje manjih uglova dizanja strele pri selektivnom radu u gornjim podetažama; • sa povećanjem dužine strele bagera, prosečni troškovi proizvodnje opadaju; Ovako definisana metodologija i integralni tehno-ekonomski model mogu se vrlo uspešno primeniti prilikom izbora bagera i određivanja njegove optimalne dužine strele. Kada je reč o pravcima daljih istraživanja u ovoj oblasti, svakako da za analizu može biti interesantan odnos dužine strele bagera i njegove sile rezanja. Naime, može se ostvariti i veća dužina strele na račun smanjenja potrebne sile kopanja, odnosno smanjivanja potrebne mase pogonskog sistema. Drugi pravac može biti istraživanje i optimizacija parametara bloka i podetaže za konkretne uslove rada, kroz model ležišta i model površinskog kopa, kao i specifičnih analiza rizika (tehničko-tehnoloških, ekoloških i ekonomskih) u svim fazama realizacije modela. Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Докторске дисертације Alternative Title An alternative name for the resource. The distinction between titles and alternative titles is application-specific. Doktorske disertacije Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Provenance A statement of any changes in ownership and custody of the resource since its creation that are significant for its authenticity, integrity, and interpretation. The statement may include a description of any changes successive custodians made to the resource. Докторати Mediator An entity that mediates access to the resource and for whom the resource is intended or useful. In an educational context, a mediator might be a parent, teacher, teaching assistant, or care-giver. Томашевић Александра Title A name given to the resource Оптимизација дужине стреле роторних багера у функцији стабилности косина и ефективности рада на површинским коповима лигнита Србије Bucket Wheel Excavators Boom Length Optimization in Function of Slopes Stability And Effectiveness of Operation on the Serbian Lignite Open Cast Mines Alternative Title An alternative name for the resource. The distinction between titles and alternative titles is application-specific. DD_Petrovic Branko Subject The topic of the resource површински коп параметри блока капацитет роторни багер стрела багера геомеханика стабилност косина економија open pit block parameters capacity bucket wheel excavator excavators boom length geomechanics slope stability economy Creator An entity primarily responsible for making the resource Петровић Бранко Publisher An entity responsible for making the resource available Универзитет у Београду - Рударско-геолошки факултет Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2016 Contributor An entity responsible for making contributions to the resource Чебашек Владимир Гојковић Небојша Јованчић Предраг Шубарановић Томислов Пантовић Радоје Rights Information about rights held in and over the resource Ауторство-Некомерцијално-Делити под истим условима 3.0 Србија (CC BY-NC-ND 3.0) Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource pdf Language A language of the resource српски Type The nature or genre of the resource text Identifier An unambiguous reference to the resource within a given context AT-42833-0207 Description An account of the resource Роторни багери су машине које се у данашње време највише примењују у процесу масовне експлоатације угља захваљујући, пре свега, низу техничко- експлоатационих предности у односу на друге врсте багера. Разноврсни рударско-технички захтеви откопавања допринели су развоју неколико типова ових машина, тако да сваки од њих има своје предности и недостатке у односу на други тип. Предмет истраживања у дисертацији односи се на избор оптималне конструкције стреле багера и њене усаглашености са условима радне средине који ће владати на површинским коповима лигнита Србије, имајући у виду сложене услове експлоатације (велика дубина синклиналног залегања угља, неопходност селективног рада, присутност неповољних материјала са становишта стабилности косина и др.). Полазећи од чињенице да још увек не постоји опште прихваћена методологија одређивања оптималне дужине стреле роторног багера, као и њеног утицаја на конструкцију багера, у дисертацији је дефинисана целокупна методологија истраживања наведеног проблема уз анализу и систематизовање досадашњих сазнања и резултата истраживања у овој области. При изради докторске дисертације коришћене су методе моделирања стреле багера, моделирања радне средине и моделирања рада механизације уз примену реалних података са површинских копова Р.Б. КОЛУБАРА и теренских мерења динамичког понашања багера у раду. Имплементација овако конципиране методологије оптимизације дужине стреле роторних багера у функцији стабилности косина, при откопавању лигнита Србије, омогућила би знатно поузданија решења, како саме конструкције багера тако и геометрије копа, тј. његових захтеваних висина и углова нагиба, уз боље економске и еколошке учинке. Bucket wheel excavators (BWE) are machines that are nowadays the most frequently used in the mass mining of coal, thanks to, more than all, a series of technical and exploitation advantages over other types of excavators. A variety of mining and technical mining requirements contributed to development of several types of these machines, so that each of them has its advantages and disadvantages compared to other type. The subject of the thesis relates to the selection of the optimal excavator boom and its compliance with the conditions of the working environment, which will prevail on the opencast lignite mines in Serbia, having in mind the complex mining conditions (great depth of synclinal coal dipping, the necessity of selective operation, the presence of unfavorable material from the standpoint of slope stability, etc.). Starting from the fact that there is still no generally accepted methodology for determining the optimum length of BWE boom, as well as its impact on the structure of the excavator, the thesis defines the overall research methodology of this issue to the analysis and systematization of current knowledge and research results in this area. In this thesis were used modeling methods of excavator boom, working environment modeling and modeling of operating machinery with the use of real data from the opencast mines of MB KOLUBARA and field measurements of the dynamic behavior of excavator during operation. Implementation of such designed methodology for optimization of BME'S boom length in the function of slope stability, during excavation of lignite excavation in Serbia, would allow significantly more reliable solutions, both the structure and geometry of the mine, i.e. its required heights and angle of inclination, with better economic and environmental effects. block parameters bucket wheel excavator capacity economy excavators boom length geomechanics open pit slope stability геомеханика економија капацитет параметри блока површински коп роторни багер стабилност косина стрела багера