Проблема и основные направления ее решения

Основным направлением развития угольной отрасли является создание угледобывающих предприятий типа «лава-шахта», обеспечивающих доведение добычи угля из лавы до 20000 т/сут. Интенсификация добычи позволит снизить себестоимость добываемого угля путем повышения производительности труда, сократить общее количество шахт (а следовательно, капитальные и транспортные расходы и затраты на поддержание их структуры) и повысить безопасность ведения горных работ.

Главным условием реализации высоких возможностей новой добычной техники является своевременная подготовка очистных забоев, т.е. за период отработки лавы должна быть подготовлена и оснащена оборудованием новая.

Анимация 1. Схема разрушения породного массива проходческим комбайном
(количество кадров - 20; количество циклов повторения - 50; размер - 18,1 КВ)

При проведении подготовительных выработок в породном массиве могут встречаться включения повышенной крепости, выемку которых современные машины, допускающие разрушение целиков с σсж<110 МПа, обеспечить не могут. Использовать в качестве альтернативной буровзрывную выемку нецелесообразно вследствие низкой производительности и высокой опасности работ.

Поэтому дальнейшее повышение технического уровня проходческих комбайнов на сегодня является актуальной проблемой развития горного машиностроения.

В литературе нередко подчеркивается необходимость расширения области применения проходческих комбайнов на породы повышенной крепости. Однако однозначного и целесообразного варианта ее решения до сих пор нет. На основе анализа теоретических исследований и экспериментальных данных, намечены следующие направления решения этой задачи:

1) совершенствование резцовых исполнительных органов;

2) применение шарошечного инструмента в качестве рабочего;

3) совмещение резания с ударными нагрузками;

4) использование гидромеханического способа разрушения.

С другой стороны, интенсификация добычи может быть достигнута:

1) путем повышения скорости подачи комбайна за счет увеличения мощности привода и оптимизации режимов разрушения;

2) путем увеличения непосредственного времени работы комбайна по выемке на основе совершенства организационных работ и сокращения времени на их проведение, а также повышения коэффициента готовности машин и сокращения времени на маневровые операции и замену режущего инструмента.

Именно обоснованию прогрессивного направления повышения технического уровня проходческих комплексов и посвящена моя магистерская работа

Выбор прогрессивного направления повышения технического уровня проходческих комплексов

На сегодняшний день в качестве основного рабочего инструмента для разрушения горных массивов используют резцовый – резцами отбивают значительно больший объем пород, чем другими инструментами вместе взятым. Однако существенным недостатком резания является ограниченность в применении на породах малой прочности.

При резании часть энергии, подведенной к резцу, идет на отбойку породы, а другая часть на преодоление трения резца о породу. Отметим, что даже при малом значении коэффициента трения, но большой прочности породы (что приводит к большим значениям усилия резания) при трении резца о породу выделяется так много тепла, что материал резца плавится.

Таким образом, видно, что резцы являются недолговечным инструментом вследствие быстрого изнашивания, особенно на крепких породах, и требуют частой замены. Кроме того, при интенсификации процесса выемки количество вышедших из строя резцов резко возрастает.

В настоящее время отсутствуют исследования по оценке влияния затрат времени на замену резцового инструмента на требуемую техническую производительность высокопроизводительных комплексов. Необходимо выполнить такую оценку, чтобы установить, каким образом указанный фактор влияет на разницу между технической и эксплуатационной производительностью горных машин.

В качестве критерия для оценки влияния затрат времени на замену инструмента на требуемую техническую производительность принят коэффициент превышения технической производительности комплекса над эксплуатационной:

Кпр=Qтех/Qэ,

где

Qэ – заданная эксплуатационная производительность комплекса, т/сут;

Qтех – необходимая техническая производительность, рассчитываемая по формуле:

Qтех=24·Qэ/tр, т/сут.

Чистое время работы комплекса tр может быть найдено из уравнения по зависимости:

tр=(24-tз/(2-Кг) ч,

здесь

Кг – коэффициент готовности системы;

tз – время на замену вышедшего из строя резцового инструмента, которое находится по формуле:

tз=N·Qэ·tзо/60000, ч,

где

N – число резцов, вышедших из строя на производительность выемки 1000 т, штук;

tзо – время на замену одного резца, мин.

Для оценки по причине замены инструмента были рассчитаны зависимости Кпр при различных значениях расхода резцов и Кг от необходимого значения эксплуатационной производительности, которые представлены на рис.1. При расчетах значение времени замены одного резца tзо принималось равным 0,5 мин.

Рисунок 1. Зависимости коэффициента превышения Кпр от значения эксплуатационной производительности при различных значениях расхода резцов N и Кг=1

Кроме того, для оценки влияния коэффициента готовности системы на Кпр построены зависимости, приведенные на рис.2.

Рисунок 2. Зависимости коэффициента превышения Кпр от значения эксплуатационной производительности при различных значениях расхода резцов N и коэффициента готовности системы Кг

На основе анализа полученных зависимостей видно, что при повышении эксплуатационной производительности до 20000 т/суткоэффициент превышения находится в пределах 1<Кпр<2,5. Особенно ярко это проявляется при тяжелых условиях выемки (в частности, на крепких породах), когда количество вышедших из строя резцов максимально. К тому же расчетные данные получены исходя из того, что замена одного резца длится не более 0,5 мин. В реальных же условиях вследствие недостаточной квалификации рабочего, недобросовестности выполнения работ, своевременного отсутствия нового инструмента и других неблагоприятных факторов, потери времени могут достигать значительно больших значений. Положение тем более усугубляется, чем ниже коэффициент готовности выемочной системы (вследствие поломок оборудования, организационных простоев и т.д.).

К тому же если сопоставить между собой потери времени при эксплуатации высокопроизводительных комплексов, видно, что с увеличением роста производительности затраты времени на замену резцового инструмента занимают главенствующее положение.

Все вышеперечисленные выводы свидетельствуют о том, что при интенсификации очистных и, тем более, проходческих работ целесообразно заменить резцы более надежным и долговечным инструментом.

Проводимые в России и за рубежом научные исследования показывают, что повышение производительности проходческих комбайнов без увеличения их габаритов и массы и применение их на породах повышенной крепости может быть достигнуто на основе гидромеханического способа разрушения, заключающегося в комбинированном воздействии на породный массив высокоскоростных струй воды и резцового инструмента. Однако проведенный анализ гидромеханического способа разрушения горных пород показал, что не смотря на свои преимущества, он является достаточно энергоемким, возникает проблема создания надежных и работоспособных высоконапорных насосных установок, запорной и регулирующей аппаратуры, гибких резиновых рукавов, систем уплотнений сверхвысокого давления (200-500 МПа) и его передачи от неподвижных соединений исполнительного органа к вращающимся. В связи с этим практическое применение этого способа затруднено, а следовательно, необходимо стремиться к устранению его основных недостатков или изыскивать другие варианты решения вопроса.

В качестве такого альтернативного варианта может быть использовано применение дисковых шарошек в качестве рабочего инструмента проходческих машин, которые изнашиваются равномерно по диаметру обода и могут быть работоспособными до полного истирания дисков.

Использование шарошечного рабочего инструмента вместо резцового должно значительно уменьшить количество требующего замены инструмента и связанные с этим затраты времени на его замену. А это в значительной степени приведет к снижению коэффициента превышения теоретической производительности комплекса над эксплуатационной, что очень выгодно экономически и эксплуатационно.

Выводы и направление дальнейших исследований

В ходе магистерской работы была установлена аналитическая и графическая зависимость коэффициента превышения технической производительности выемочного комплекса, оснащенного комбайном с резцовым исполнительным органом, над эксплуатационной от величины требуемой эксплуатационной производительности.

Проведенная оценка значений свидетельствуют о том, что при интенсификации выемки до 20000 т/сут значение его может достигать 125%, и в большей степени это вызвано потерями рабочего времени, связанными с заменой резцов. Все это говорит о целесообразности замены резцов более надежным и долговечным инструментом.

В качестве альтернативного инструмента предложено использовать дисковые шарошки.

Дальнейшие исследования будут вестись в направлении создания мощного исполнительного органа выемочной машины на основе шарошечного инструмента.

Список литературы