Резюме

Описана методология выбора рабочих параметров комбайна с учетом необходимой суточной производителностью в лаве. Исследованы операции однонаправленной и двунаправленной добычи. Теоретические соображения дополняются примером расчета в лаве операций, где дневная добыча Vj < 7000 Mg.

Введение

Из-за финансовых соображений (о необходимости сократить расходы на добычу угля) количество работающих лав в Польше снижается, и создаются попытки сделать их еще более продуктивными. Именно поэтому добится желаемого уровня производительности можно сосредоточив деятельность на одной лаве и комбайне. Набор машин, необходимых для работы лавы включает в себя: комбинированный комбайн, конвейер и крепь. Помимо повышения производительности, особой тщательностью должны быть приняты параметры для получения угля требуемого качества. Доля угля зернистостью свыше 20 мм должны быть как можно больше, как в свете требований качества и соображения безопасности труда. Предполагая то, что цена тонны на мелкозернистый уголь (угольная пыль) равен единице, то цена продажи крупнозернистого угля (ореховый уголь, угольный патрон) втрое выше. Этот аспект имеет первостепенное значение для финансового состояния шахты, поскольку спрос на крупнозернистый уголь сейчас явно больше. Стоимость добычи угля может быть снижена, если потребление энергии, участвующих в добыче полезных ископаемых уменьшится. В то же время высокая доля крупнозернистого угля должна быть сохранена и стоимость борьбы с пылью должна быть снижена. Когда запасы угольной пыли уменьшаются, контроль системы управления водой становится легче.

Множество машин, используемых для операций добычи лавы включают в себя горные машины, средства транспортировки угля и оборудования для развития рабочих мест. Выбор комбайна, необходимых транспортных средств (конвейеры) и крепи являются одними из факторов, позволяющих горнодобывающей компании добиться желаемого производственного уровня. Фактическое расположение комбайнов и транспортных средств позволяет достичь желаемого уровня производства при минимальных инвестиционных и эксплуатационных расходах, с учетом горно-геологических условиях. В настоящее время доступны комбайны, приспособленные для двунаправленных горных работ. Комбайн перемещается в том же направлении, что и конвейерные цепи. В двунаправленной системе комбайна перемещение происходит в противоположном направлении, что в цепи конвейера. Когда двунаправленная система работает, рабочая производительность комбайна и всей машины лучше всего используется. Широкое распространение и использование этой системы является экономически жизнеспособным.

В некоторых случаях, однако, эта система не может быть использована, в частности, в условиях обвала, наличия боковых стенок или при возникновении некоторых трудностей. Оператор шахты использует однонаправленную систему добычи, при которой комбайн движется в одном направлении, в то время как загрузка осуществляется в обратную сторону. Главной проблемой является определение скорости комбайна (добыча угля и загрузка) и скорость обратного пути (загрузка), известная как маневровая. Значения этих параметров должны быть такими, чтобы требуемый ежедневный объем был достигнут.

Двунаправленных метод

Эффективность добычи определяется количеством угля, который добывается в 24 часа. Связь между продуктивностью и основными параметрами записывается в виде (Krauze. 2000 Urabianie):

где: К = V/VM, к = 0; – для двунаправленных горных работ, Vm = 0; 0 < к < 1 – для однонаправленной системы, Vp1 – для однонаправленной системы, Vp > Vm; H – высота горной выработки, L – длина лавы [м], z – скорость резания, y – вес единицы объема угля [мг/м], T – время работы машины в течение 24 часов [мин], Tр – время перемещения [мин], t0 – организационное время [мин], Vp – транспортировочная скорость комбайна [м/мин] и Vm – маневровая скорость комбайна [м/мин].

Последствия всех этих параметров на производстве были исследованы в работе (Краузе, 2000, Urabianie). Можно сделать следующие выводы:

• параметры H, y, z, t пропорциональны (линейно связаны) с суточной добычей
• длина лавы L детерминирована с выбором параметров – скорость перемещении комбайна, суммарное время работы комбайна tp+tp0
• на короткие расстояния (около 100м) эффекты перевозки незначительны, поэтому комбайны со скоростью выше 4 м/мин не должны использоваться
• на длинные расстояния (300м) комбайн используется с высокой скоростью (до 10м/мин), время tp и t0 должны быть малыми и должна использоваться двунаправленная система

Преобразование уравнения 1 дает формулу, определяющую скорость перемещения, с которой обеспечивается необходимый ежедневный объем:

Эта формула показывает скорость перемещения комбайна в двунаправленных работах. Она должна быть меньше скорости перемещения, которая определяется скоростью перемещения забойного конвейера, поддерживая заранее скорость и грузоподъемность органов. Выбор крепи определяется по фактическим условиям и параметрам лавы. Эксплуатационные параметры и время передвижения тоже. Питание и контроль системы должны быть разработаны таким образом, чтобы время выбора скорости Tst было меньше чем время перемещения по длине лавы (Mironowicz et al. 1995, Elektroniczne Sikora et al. 1995, Wybrane).

Где tob – высота одиночной секции (м). Допустимая скорость перемещения комбайна в зависимости от продвижения одиночной секции выглядит в виде:

Пропускная способность конвейера, его мощность перемещения и скорость цепи (в некоторых типах конвейеров), дают возможность точно управлять таким образом, чтобы весь добытый материал перемещался по ленте конвейера. Таким образом, допустимая скорость перевозки комабайна выражается как (Krauze. 2000 Urabianie):

Где: кr – прочность породы, kl – коэффициент, связанный с падением добываемого материала от боковой стенки под давлением горных пород, Vt – скорость цепи (м/с), Q1 – мощность конвейера, «-» – цепь движется по направления с машиной, «+» – цепь движется в противоположном направлении. Мощность нагрузки на орган определяется как разница между внешней мощностью этого органа и скорости горного производства Vu на один оборот (Krauze, 2000, Urabianie).

Где kw – коэффициент наполнения. При эксплуатации погрузочной техники требуется, чтобы нагрузка горной выработки на один оборот загрузочного устройство в передней части было меньше, чем мощность нагрузки органа. Соответственно, скорость перевозки можно записать в виде:

Где: np – повороты загрузочного устройства в передней (оборотов в минуту); Vop – внутренний объем загрузочного устройства в передней части, Z – переднее сечение органа (м), и Dsp – диаметр режущего инструмента [м]. Для передних (режущих) органов те же параметры проектирования и эксплуатации без загрузки оборудования, допустимые скорости перевозки выражаются так:

Где H – высота добычи. Эти отношения определения скорости перевозок комбайна учитывают взаимодействие всех машин, участвующих в добыче полезных ископаемых. До тех пор, пока эти требования будут выполнены, выполнение всего комплекса горных работ в лаве происходит хорошо и нарушение утвержденного плана не наблюдается.

Однонаправленная горная система

Когда определенные требования двунаправленная система не может выполнить, загрузка добываемого материала на конвейер может представлять определенные трудности. В некоторых случаях скорости перевозки и эффективности загрузки органов не совместимы с пропускной способностью конвейера. В такой ситуации однонаправленная система добычи, является разумным выбором. Тем не менее, необходимые лимиты, по-прежнему остаются и требования к производительности машины по-прежнему в силе. При работе однонаправленной системы, некоторая часть добываемого материала может быть сброшены на пол во время резки (резки и погрузки) и должна быть загружена в обратном пути (загрузка). Факторы, влияющие на допустимые скорости перевозки включают в себя:

• Предопределение уровня суточной добычи в процессе резки и движения
• Пропускная способность главного конвейера
• Грузоподъемность устройства (органов), без погрузчиков
• Поддержка заранее заданной скорости

Допустимая скорость перевозки должна быть такой, чтобы добытый материал, упаший на пол, был загружен на ленту конвейера во время обратного пути (Krauze. 2002. Analiza). Допустимая скорость перевозки, связанные с эффективной загрузкой на ленту конвейера определяется по формуле:

Такое же количество, связанных по возможностям двух загрузочных устройств (для одновременной работы), определяется по формуле:

Допустимая скорость перемещения получается из представленных выше выражений, определяется перемещением конвейером и конвейерных цепей (Vp – комбайна, Vm – загрузка). Таким образом, мы получаем параметр к и суточную добычу, полученный из выражений выше. Если добыча достаточна с точки зрения пользователя, остальные параметры считаются удовлетворительными, в противном случае добыча может управляться (повышенная) только за счет изменения времен Tр и T0 или увеличения времени операции лаве Т. Следует иметь в виду, что этот метод определения параметров машины, установленных в однонаправленной системе, должен применяться только в определенных условиях. Всякий раз, когда должна быть начата добыча полезных ископаемых, следует провести попытки использования двунаправленной системы.

Выбранные предложения

Данные, необходимые для расчета собраны, мы приступаем к определению производительности и допустимой скорости перемещения, с использованием аналитических зависимостей, представленных в предыдущих разделах. Параметры, принятые для расчетов:

H = 3.0 м; L = 200 м; z = 0.75м; y = l.4 Mг/m³; Vp = 5.0 м/мин; tp + to = 20 мин; T = 720 мин (12 часов); tob = 1.5 м; Vt = l Oб/с; загружающе-режущие устройства Ф 1800x750 (D = 1.67 м); D = 0.748 м; i = 4; b = 0.04 м; a = 20 c; Z = 0.67 м; n = 30 об/мин; к = 1.4; к = 1.0; к = 0.3; Q = 700 Mг/ч или 1400 Mг/ч; и Vd = 7000 Mг.

Соответственно, мы будем искать ответы на следующие вопросы:

• будет ли необходимая производительность Vd = 7000 мг в день достигнута, используя двунаправленную систему
• какие допустимые уставки перевозки, совместимые с пропускной способностью конвейера (v = 1 м/с, Q, = 1400 мг/ч), и способность погрузки устройств погрузки 1800 x 750 если бы работали в двунаправленной системе, с или без погрузчиков
• какая уставка перемещения комбайна, чтобы достигнуть подобной производительности в однонаправленных и двунаправленных системных операциях (Q = 700 или 1400 мг/ч)

Когда используется двунаправленный метод:

• на скорости перевозки Vp = 5 м/мин и для оставшихся параметров, достигнув ежедневной производительности был Vd = 7560 мг в день
• время перемещения крепи (tob = 1.5 м) не должно превышать 18с
• максимальные скорости транспортировки, совместимые с пропускной способностью конвейера, не должны превышать vp < 4.86 м/мин в прямом перемещении и vp < 5.8 м/мин в обратном
• погрузочная способность устройств Ф 1800 x 750 допускает скорость транспортировки (k = 0.3) vp < 5.08 м/мин с погрузчиками и vp < 6.10 м/мин без погрузчиков

Становится ясно, что нагруженность машин с предопределенными эксплуатационными параметрами в лавах, приспособленных для того, чтобы добывать высоту H = 3 м и длину L = 200 м, учитывает достижение необходимой ежедневной производительности Vd = 7000 Mг/день. Эти данные далее использовались в вычислениях, выполненных для однонаправленного метода добычи уголя. Во время однонаправленного сокращения:

• максимальные скорости перемещения, совместимые с пропускной способностью конвейера, не должны превышать vp<9m/мин в однонаправленной горной промышленности и vp < 12.85 м/мин в двунаправленных операциях
• погрузочная способность устройств (органов) допускает скорость перевозки vp < 12.2 м/мин
• когда добыча и погрузка достигнуты во время прямого перемещения (vp<9м/мин) и погрузка при возвращении (vm < 12 м/мин), ежедневная производительность составляет Vd < 7702 мг/день
• в обратной договоренности (vp < 12 м/мин и vm < м/мин) ежедневная производительность Vd = 7710 мг/день
• время перемещения крепи (tob = 1.5 м) не должно превышать 7.5 с

Сравнение результатов, полученных для однонаправленного и двунаправленного метода, позволяет подвести следующие заключения:

• подобная производительность может быть достигнута, но скорости перевозки (vp, vm) в однонаправленном цикле должны быть больше
• более высокие уставки перемещения требуют некоторых перестановок системы режущего инструмента
• должны быть обеспечены более мощные двигатели в погрузчике комбайна, чтобы достигнуть желаемых скоростей перемещения (vp, vm)
• время движения секции крепи должно быть сокращено настолько, сколько требует достаточный запас системы управления
• если это возможно, использовать двунаправленный метод

Ситуация пользователя становится менее благоприятной, когда пропускная способность конвейерной линии – QT = 700 мг/ч и vt =w 1 м/с. Скорости транспортировки, вычисленные для параметров погрузчиков комбайна, данных выше, не должны превышать vp < 2.53 м/мин в прямом направлении и vp < 2.77 взамен перемещения (когда рассматривают двунаправленный метод). В этом случае необходимая ежедневная производительность не может быть достигнута (T = 12 часов, vp < 2.5 м/мин, Vd = 4536 Mг/день), и разумным выбором становится однонаправленный метод. Однонаправленный метод горной промышленности учитывает достижение скоростей перемещения vp = 4.86 м/мин в прямом перемещении и 5.8 м/мин во время обратного перемещения. Таким образом, гарантируется производительности Vd = 4496 мг на день (vp = 4.5 м/мин, vm = 5.5 м/мин) или Vd = 4503 мг в день (vp = 5.5 м/мин и vm = 4.5 м/мин). Самый простой способ увеличить ежедневную норму выработки состоит в том, чтобы увеличить время рабочих операций к 18 часам в день (Vd = 6754 Мг в день).

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Эта методология определения набора эксплуатационных параметров добычи в горной промышленности для достижения необходимых уровней ежедневной производительности и угольного качества. Гарантируется хорошая работа всех вовлеченных машин, в то же самое время минимизируя угольные потери во время погрузки. Специализированное программное обеспечение может использоваться для облегчения вычисления (Krauze. 2002, Analiza, Sikora и др. 1995, Wybrane). Полученные результаты, обеспеченные в этом исследовании, показывают, что рекомендуется двунаправленный метод для лучшего использования машин. В определенных случаях однонаправленный метод может быть выбран по техническим причинам. Процесс принятия решений должен вовлечь подробный анализ набора эксплуатационных параметров добычи горной промышленности и инвестиционных затрат на обслуживание.

References

1. Krauze К.: Analiza procesu ladowania oraz opracowanie zalozen do proecktu frezujacego organu slimakowego. Ptoject badawczy nr 9T 12A 008 17. Krakow 2002 r.
2. Krauze K.: Urabianie skal kombajnami scianowymi. Wydawnictwa Naukowe "Slask", Katowice, 2000 r.
3. Mironowicz W., Sobczyk J.. Krodkicwicz J.: Elektroniczne sterowanie i kontrola w nowoczesnych przodkach scianowych. Mechanizacja i Automatyzacja Gomicrwa nr 7. Kalowice. 1995 r.
4. Sikora W., Jagla J., Krodkicwic/ J.: Wybrane zagadnienia z zakresu zasilama i sterowama w systemie hydraulicsnym obudowy. Mechanizacja i Automatyzaca Gornietwa nr 7. Kaiowice 1995 r.