Бридун Игорь Игоревич

Факультет: Єнергомеханики и автоматизации
Специальность: Горное оборудование

Тема выпускной работы:

Обоснование параметров системы подачи проходческого комбайна типа КПД

Научный руководитель: доцент, кандидат технических наук Шабаев Олег Евгеньевич

Реферат по теме выпускной работы

Актуальность вопроса

        Развитие технологии добычи угля в мире и на Украине имеет тенденцию к постоянному росту нагрузки на очистные забои, что вполне оправдано, так как позволяет за счет интенсификации добычи снизить разбросанность горных работ и в результате повысить рентабельность шахт . По данным за период с 1995 до 2001 года наряду с сокращением количества комплексно механизированных забоев с 463 до 252 наблюдался рост объема добычи из них (в 2000 году 61,3 млн. т угля при общем объеме добычи 80,3 млн. т). Значительный процент добычи из комплексно механизированных забоев обусловлен внедрением в эксплуатацию современных отечественных механизированных комплексов, обеспечивающих возможность достижения нагрузки на лаву до 2-х и более тысяч тонн в сутки .Так, в 2000 году из 33 очистных забоев, оснащенных комплексами типа МКД90, было добыто более 15,4 млн. т. угля.
        Основной сдерживающий рост нагрузки на современные добычные комплексы фактор по данным – отставание в подготовке нового фронта очистных работ. Накопленный опыт показывает, что выемочный столб длиной 1,2-2 км с запасом 0,6-1,0 млн. т. отрабатывается за 8-14 месяцев. За это время для подготовки нового выемочного столба нужно пройти в среднем 3-5 км подготовительных выработок. Эта задача реально выполнима при проходке горных выработок с темпами 400-600 м/месяц. Такие темпы проходки может обеспечить только комбайновая технология проведения выработок, которая наиболее полно отвечает требованиям экономической эффективности горно-подготовительных работ.
        Мировая практика ведения горных работ имеет тенденцию к постоянному увеличению числа проходческих комбайнов избирательного действия наряду с необходимостью расширения области их применения. Все более широко на шахтах Украины и за рубежом применяются проходческие комбайны со стреловидным исполнительным органом, оснащенным аксиальными коронками. Эти комбайны используются при проходке подготовительных выработок на угольных шахтах, строительстве туннелей, а также для выемки при подземной разработке соляных и рудных месторождений. Прилагаемые в последнее время усилия, направленные на дальнейшее расширение области применения и повышение производительности проходческих комбайнов избирательного действия все чаще не дают ожидаемых результатов. Именно это определяет актуальность поиска путей и методов совершенствования и оптимизации этих машин и их подсистем, в частности, системы подачи исполнительного органа.
        Таким образом, интенсификация очистных работ предопределяет необходимость повышения технического уровня отечественных проходческих комбайнов с целью обеспечения возможности достижения темпов проходки горных выработок 600 и более метров в месяц.
        Основные показатели технического уровня горных машин – производительность, надежность и металлоемкость . Определяющее влияние на эти показатели оказывает процесс разрушения массива исполнительным органом, причем его система подачи принимает в этом процессе самое непосредственное участие. Это, в конечном счете, определяет техническую производительность комбайнов и эффективность ведения подготовительных работ.
        Следует отметить, что специфика работы систем подачи исполнительных органов с аксиальными коронками изучена недостаточно глубоко. Существующие методики определения рациональных режимных и конструктивных параметров систем подачи не учитывают в полной мере особенностей процесса разрушения забоя аксиальными коронками и нуждаются в доработке. Поэтому дальнейшее развитие теоретической базы обоснования рациональных параметров систем подачи исполнительного органа с аксиальными коронками, обеспечивающих повышение производительности и ресурса проходческих комбайнов, является актуальной научной задачей, имеющей важное значение для народного хозяйства Украины.

Оценка условий эксплуатации проходческого комбайна

        Современные проходческие комбайны стреловидного типа предназначены для проведения выработок по смешанному забою с присечкой пород кровли и почвы пласта временным сопротивлением одноосному сжатию до (100..120) МПа. Проходческий забой имеет, как правило, сложное строение, которое характеризуется:
        - формой сечения и геометрическими размерами выработки вчерне;
        - мощностью угольного пласта и его ориентацией относительно почвы выработки;
        - сопротивляемостью резанию и показателем степени хрупкости угольного пласта;
        - временными сопротивлениями одноосному сжатию пород почвы и кровли пласта;
        - наличием и ориентацией трещин в породах, наличием прослойков и т. д.
        Так как нет возможности однозначно предсказать сочетание перечисленных факторов, при котором будет работать проходческий комбайн, необходим вероятностный подход к анализу его условий эксплуатации. Ряд факторов следует рассматривать как случайные величины, для других задаваться их конкретными значениями, если это не приведет к существенным погрешностям.
        В настоящее время практически все подготовительные выработки на угольных шахтах имеют арочную форму сечения и крепятся 3-х или 5-звенной стальной крепью из шахтного профиля. Забой выработки арочного сечения показан на рисунке 2.1. Анализ размеров выработок арочного сечения позволил заметить следующие геометрические особенности:
        - несмотря на наличие в кровле выработки двух участков с несколько отличающимися радиусами кривизны, можно принять цилиндрическую форму кровли радиусом Ra, при чем Ra=Bв/2, где Bв – ширина выработки в проходке;
        - высота вертикального участка боковой стенки выработки hв для сечения арочного профиля составляет в зависимости от площади сечения выработки (1090..1130) мм, в дальнейшем можно принять hв=1,1 м.

        Как показывает опыт эксплуатации, в большинстве случаев аксиальные коронки разрушают забой горизонтальными слоями без реализации селективной выемки. Конец стрелы описывает при этом траекторию, подобную приведенной на рис. 2.2а (цифры показывают порядок прохождения узловых точек). При этом можно выделить следующие режимы работы исполнительного органа (ИО): фронтальная зарубка, вертикальная зарубка, боковой рез двумя коронками (со сколом целика между коронками, имеет место после зарубки или реза вверх), боковой рез (работа одной коронкой). Приведенные выше особенности геометрии поперечных сечений выработок позволяют сделать анализ доли режимов работы ИО в проходческом цикле по объему разрушаемой породы. На рис. 2.2б показаны приведенные площади поверхности забоя, обрабатываемые при соответствующих режимах работы.

        Из очевидных геометрических соотношений следуют расчетные зависимости:
        - площадь сечения выработки (в проходке):

        - доли режимов в проходческом цикле по объему отделяемой породы:

        где Dк – диаметр коронки; lк – длина коронки; bк – расстояние между коронками.
        На рис. 2.3 приведены доли режимов работы ИО комбайна П110 (lк=bк=0,6 м; Dк=0,9 м) в цикле обработки забоя, полученные по формулам (2.1) и (2.2) для всего паспортного диапазона площадей сечения выработок (7..25) м2 . Анализ полученных кривых позволяет сделать вывод, что проходческий комбайн типа П110 разрушает в режиме бокового реза не более 60% забоя, поэтому при анализе рабочего процесса комбайна должны учитываться и остальные режимы работы.
        Обработка статистических данных позволяет утверждать:
        - распределение вероятности мощностей пластов Донбасса (Украина) (рис. 2.4) не противоречит логарифмически нормальному закону (десятичное основание; математическое ожидание –0,0115; среднеквадратическое отклонение 0,101; критерий Колмогорова d=0,025; p=0,82);
        - распределение вероятности углов падения пластов Донбасса (Украина) (рис. 2.5) не противоречит закону Вейбулла (?=1,5; ?=15; по критерию Колмогорова p=0,63);
        - корреляция между мощностью пласта и углом его падения отсутствует (см. рис. 2.6, коэффициент корреляции –0,01).

        Сопротивляемость резанию угольных пластов распределена по усеченному нормальному закону (математическое ожидание 173 Н/мм; среднеквадратическое отклонение 70,5 Н/мм). Уголь более 50% пластов вязкий , поэтому в дальнейшем анализе можно принять показатель степени хрупкости угля Е=1,65.

        Распределение вероятности временных сопротивлений одноосному сжатию вмещающих пород угольных пластов Донбасса приведено в табл. 2.1 [50]. Там же приведены средние значения вероятностей для интервалов, принятые с учетом того, что с увеличением глубины залегания пластов имеется тенденция к увеличению доли прочных вмещающих пород [50]. Анализ вида распределения вероятности временных сопротивлений одноосному сжатию вмещающих пород позволил предположить усеченный (при ?сж=10 МПа) нормальный закон распределения с математическим ожиданием 55,7 МПа и среднеквадратическим отклонением 23,3 МПа (см. рис. 2.7).

        Зададим условия эксплуатации комбайна. Если принять модель проходческого забоя, показанную на рисунке 2.1, то забой состоит из следующих пластов: порода почвы, угольный пласт и порода кровли. Законы распределения показателей разрушаемости пластов известны. Так как отсутствует информация о распределении площадей сечений выработок, принимаем для его описания равномерный закон распределения. Параметры закона выбираем так, чтобы была охвачена вся область применения рассматриваемого проходческого комбайна (для комбайна П110 – (7..25) м2). Площадь забоя, соответствующая угольному пласту, приближенно может быть определена по формуле (см. рис. 2.1):

        Анализ паспортов подготовительных выработок позволил предположить, что доля пород почвы в общем объеме присечки ks составляет 0,1..0,9. Принимаем равномерный закон распределения вероятности величины ks. Выбор равномерных законов распределения для величин Sч и ks означает, что любое их значение одинаково весомо. С учетом вышесказанного, можно записать:

        где d10, d20, d30 – доли пластов почвы, угольного и кровли соответственно.
        Если учесть, что фронтальная зарубка, как правило, осуществляется в угольный пласт, из выражений (2.4) можно получить доли пластов в забое после фронтальной зарубки в угольный пласт:

        Без существенных погрешностей можно допустить, что оставшийся объем породы равномерно распределится между остальными режимами. Таким образом, в результате мы получим распределение разрушаемого объема породы между режимами и пластами, представленное в таблице 2.2. Это распределение может быть использовано при получении различного рода средних за цикл величин (например, производительности).

        Объединив выражения (2.2, 2.5) и данные таблицы 2.2, можно получить вероятностную математическую модель (ММ) условий эксплуатации проходческого комбайна с аксиальными коронками:

        где Рij – доля объема породы i-го пласта, разрушаемого исполнительным органом в j-том режиме работы в общем объеме разрушаемых пород. Полученная ММ условий эксплуатации ПК описывает распределение объема разрушаемой породы между режимами и разрушаемыми пластами при заданных параметрах ИО и условиях эксплуатации, которые оцениваются системой независимых случайных величин .

Заключение

Литература

        1. Васильева Г.Н., Васильев Ю.А., Дровников А.Н. Построение оптимального программного движения стрелового исполнительного органа проходческого комбайна // Очистные и проходческие машины и инструменты. - Новочеркасск: НПИ, 1988. – С. 77-83.
        2. Синенко В.В. Исследование и разработка системы автоматического управления проходческих комбайнов с избирательным исполнительным органом. Автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.05.06. – М., 1984. – 20 с.
        3. Моделирование разрушения углей режущими инструментами. - М.: Наука, 1981. – 181 с.
        4. Петрушкин Г.В. Исследование и выбор параметров привода стреловидного исполнительного органа высокопроизводительного проходческого комбайна. Дис. ... канд. техн. наук: 05.05.06. – Донецк, 1976. – 156 с.
        5. Исследование и оптимизация гидропередач горных машин /Докукин А.В., Берман В.М., Рогов Я.А. и др. – М.: Наука, 1978. – 196 с.
        6. Палев П.П. Нагруженность и усталостная долговечность привода исполнительного органа горнопроходческих комбайнов. Автореф. дис. … докт. техн. наук: 05.05.06. – Новосибирск, 1983. – 45 с.
        7. Бойко Н.Г. Влияние возмущения на шнековых исполнительных органах очистных комбайнов на их перемещение. Автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.05.06. – Донецк, 1972. – 23 с.
        8. Исполнительные органы очистных комбайнов для тонких пологих пластов /Бойко Н.Г., Болтян А.В., Шевцов В.Г., Марков Н.А. – Донецк: Донеччина, 1996. – 223 с.

---

ДонНТУ > Портал магистров ДонНТУ || Об авторе | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | | Индивидуальный раздел