RUS | ENG || ДонНТУ> Портал магістрів ДонНТУ
Магістр ДонНТУ Бридун Ігор Ігорович

Бридун Ігор Ігорович

Факультет: Енергомеханіки та Автоматизації
Спеціальність: Гірничне Обладнення

Тема випускної роботи:

Обгрунтування параметрів системи подачі прохідницького комбайна типа КПД

доцент, кандидат технічних наук Шабаєв Олег Євгенович

Матеріали до теми випускної роботи: Про автора | Бібліотека | Посилання | Звіт про пошук

Реферат з теми випускної роботи

Актуальність питання


        Розвиток технології видобутку вугілля в світі і на Україні має тенденцію до постійного зростання навантаження на очисні забої, що сповна виправдане, оскільки дозволяє за рахунок інтенсифікації видобутку понизити розкиданість гірських робіт і в результаті підвищити рентабельність шахт . За даними за період з 1995 до 2001 року разом із скороченням кількості комплексно механізованих забоїв з 463 до 252 спостерігалося зростання об'єму видобутку з них (у 2000 році 61,3 млн. т вугілля при загальному об'ємі видобутку 80,3 млн. т). Значний відсоток видобутку з комплексно механізованих забоїв обумовлений впровадженням в експлуатацію сучасних вітчизняних механізованих комплексів, що забезпечують можливість досягнення навантаження на лаву до 2-х і більше тисяч тонн в добу .Так, в 2000 році з 33 очисних забоїв, оснащених комплексами типа МКД90, було здобуто більше 15,4 млн. т. вугілля.
        Основне стримуюче зростання навантаження на сучасні комплекси видобутків чинник за даними – відставання в підготовці нового фронту очисних робіт. Накопичений досвід показує, що выемочный стовп завдовжки 1,2-2 км. із запасом 0,6-1,0 млн. т. відпрацьовується за 8-14 місяців. За цей час для підготовки нового выемочного стовпа потрібно пройти в середньому 3-5 км. підготовчих вироблень. Це завдання реально здійсниме при проходці гірських вироблень з темпами 400-600 м/месяц. Такі темпи проходки може забезпечити лише комбайнова технологія проведення вироблень, яка якнайповніше відповідає вимогам економічної ефективності гірничо-підготовчих робіт.
        Світова практика ведення гірських робіт має тенденцію до постійного збільшення числа прохідницьких комбайнів вибіркової дії разом з необхідністю розширення сфери їх застосування. Усе більш широко на шахтах України і за кордоном застосовуються прохідницькі комбайни із стріловидним виконавським органом, оснащеним аксіальними коронками. Ці комбайни використовуються при проходці підготовчих вироблень на вугільних шахтах, будівництві тунелів, а також для виїмки при підземній розробці соляних і рудних родовищ. Зусилля, що додаються останнім часом, направлені на подальше розширення сфери застосування і підвищення продуктивності прохідницьких комбайнів вибіркової дії все частіше не дають очікуваних результатів. Саме це визначає актуальність пошуку доріг і методів вдосконалення і оптимізації цих машин і їх підсистем, зокрема, системи подачі виконавського органу.
        Таким чином, інтенсифікація очисних робіт зумовлює необхідність підвищення технічного рівня вітчизняних прохідницьких комбайнів з метою забезпечення можливості досягнення темпів проходки гірських вироблень 600 і більше метрів в місяць.
        Основні показники технічного рівня гірських машин – продуктивність, надійність і металоємність . Визначальний вплив на ці показники надає процес руйнування масиву виконавським органом, причому його система подачі бере в цьому процесі найбезпосереднішу участь. Це, кінець кінцем, визначає технічну продуктивність комбайнів і ефективність ведення підготовчих робіт.
        Слід зазначити, що специфіка роботи систем подачі виконавських органів з аксіальними коронками вивчена недостатньо глибоко. Існуючі методики визначення раціональних режимних і конструктивних параметрів систем подачі не враховують повною мірою особливостей процесу руйнування забою аксіальними коронками і потребують доопрацювання. Тому подальший розвиток теоретичної бази обгрунтування раціональних параметрів систем подачі виконавського органу з аксіальними коронками, що забезпечують підвищення продуктивності і ресурсу прохідницьких комбайнів, є актуальним науковим завданням, що має важливе значення для народного господарства України.

Оцінка умов експлуатації прохідницького комбайна


        Сучасні прохідницькі комбайни стріловидного типа призначені для проведення вироблень по змішаному забою з тією, що притяла порід крівлі і грунту пласта тимчасовим опором одноосному стискуванню до (100..120) МПа. Прохідницький забій має, як правило, складну будову, яка характеризується:
        - формою перетину і геометричними розмірами вироблення начорно;
        - потужністю вугільного пласта і його орієнтацією відносно грунту вироблення;
        - опірністю різанню і показником міри крихкості вугільного пласта;
        - тимчасовими опорами одноосному стискуванню порід грунту і крівлі пласта;
        - наявністю і орієнтацією тріщин в породах, наявністю прослойков і т. д.
        Оскільки немає можливості однозначно передбачити поєднання перерахованих чинників, при якому працюватиме прохідницький комбайн, необхідний імовірнісний підхід до аналізу його умов експлуатації. Ряд чинників слід розглядати як випадкові величини, для інших задаватися їх конкретними значеннями, якщо це не приведе до істотних погрішностей.
        В даний час практично всі підготовчі вироблення на вугільних шахтах мають арочну форму перетину і кріпляться 3-х або 5-звенной сталевою крепью з шахтного профілю. Забій вироблення арочного перетину показаний на малюнку 2.1. Аналіз розмірів вироблень арочного перетину [46] дозволив відмітити наступні геометричні особливості:
        - не дивлячись на наявність в крівлі вироблення двох ділянок з декілька радіусами кривизни, що відрізняються, можна набути циліндрової форми крівлі радіусом Ra, при чому Ra=Bв/2, де Bв – ширина вироблення в проходці;
        - висота вертикальної ділянки бічної стінки вироблення hв для перетину арочного профілю складає залежно від площі перетини вироблення (1090..1130) мм, надалі можна прийняти hв=1,1 м.

        Як показує досвід експлуатації, в більшості випадків аксіальні коронки руйнують забій горизонтальними шарами без реалізації селективної виїмки. Кінець стріли описує при цьому траєкторію, подібну приведеною на мал. 2.2а (цифри показують порядок проходження вузлових точок). При цьому можна виділити наступні режими роботи виконавського органу (ІО): фронтальний карб, вертикальний карб, бічний рез двома коронками (із сколом целіку між коронками, має місце після карбу або реза вгору), бічний рез (робота однією коронкою). Приведені вище особливості геометрії поперечних перетинів вироблень дозволяють зробити аналіз долі режимів роботи ІО в прохідницькому циклі за об'ємом руйнованої породи. На мал. 2.2б показані приведені площі поверхні забою, оброблювані при відповідних режимах роботи.

        З очевидних геометричних співвідношень виходять розрахункові залежності:
        - площа перетину вироблення (у проходці):

        - долі режимів в прохідницькому циклі за об'ємом відокремлюваної породи:

        де Dк – діаметр коронки; lк – довжина коронки; bк – відстань між коронками.
        На мал. 2.3 приведені долі режимів роботи ІО комбайна П110 (lк=bк=0,6 м; Dк=0,9 м) в циклі обробки забою, отримані по формулах (2.1) і (2.2) для всього паспортного діапазону площ перетину вироблень (7..25) м2 . Аналіз отриманих кривих дозволяє зробити вивід, що прохідницький комбайн типа П110 руйнує в режимі бічного реза не більше 60% забою, тому при аналізі робочого процесу комбайна повинні враховуватися і останні режими роботи.
        Обробка статистичних даних дозволяє стверджувати:
        - розподіл вірогідності потужностей пластів Донбасу (Україна) (мал. 2.4) не противоречит логарифмічно нормальному закону (десяткова підстава; математичне чекання –0,0115; среднеквадратическое відхилення 0,101; критерій Колмогорова d=0,025; p=0,82);
        - розподіл вірогідності кутів падіння пластів Донбасу (Україна) (мал. 2.5) не противоречит закону Вейбулла (?=1,5; ?=15; по критерію Колмогорова p=0,63);
        - кореляція між потужністю пласта і кутом його падіння відсутня (див. мал. 2.6, коефіцієнт кореляції –0,01).

        Опірність різанню вугільних пластів розподілена по усіченому нормальному закону (математичне чекання 173 Н/мм; среднеквадратическое відхилення 70,5 Н/мм). Вугілля більше 50% пластів в'язкий, тому в подальшому аналізі можна прийняти показник міри крихкості вугілля Е=1,65.

        Розподіл вірогідності тимчасових опорів одноосному стискуванню вміщаючих порід вугільних пластів Донбасу приведений в таблицю. 2.1 [50]. Там же приведені середні значення вірогідності для інтервалів, прийняті з урахуванням того, що із збільшенням глибини залягання пластів є тенденція до збільшення долі міцних вміщаючих порід [50]. Аналіз вигляду розподілу вірогідності тимчасових опорів одноосному стискуванню вміщаючих порід дозволив передбачити усічений (при ?сж=10 МПа) нормальний закон розподілу з математичним чеканням 55,7 МПа і среднеквадратическим відхиленням 23,3 МПа (див. мал. 2.7).

        Задамо умови експлуатації комбайна. Якщо прийняти модель прохідницького забою, показану на малюнку 2.1, то забій складається з наступних пластів: порода грунту, вугільний пласт і порода крівлі. Закони розподілу показників разрушаемости пластів відомі. Оскільки відсутня інформація про розподіл площ перетинів вироблень, ухвалюємо для його опису рівномірний закон розподілу. Параметри закону вибираємо так, щоб була охоплена вся сфера застосування даного прохідницького комбайна (для комбайна П110 – (7..25) м2).
        Площа забою, відповідна вугільному пласту, приблизно може бути визначена по формулі (див. мал. 2.1):

        Аналіз паспортів підготовчих вироблень дозволив передбачити, що доля порід грунту в загальному об'ємі тієї, що притяла ks складає 0,1..0,9. Ухвалюємо рівномірний закон розподілу вірогідності величини ks. Вибір рівномірних законів розподілу для величин Sч і ks означає, що будь-яке їх значення однакове ваговито.
        З врахуванням вищесказаного, можна записати

        де d10, d20, d30 – долі пластів грунту, вугільного і крівлі відповідно.
        Якщо врахувати, що фронтальний карб, як правило, здійснюється у вугільний пласт, з виразів (2.4) можна отримати долі пластів в забої після фронтального карбу у вугільний пласт:

        Без істотних погрішностей можна допустити, що об'єм породи, що залишився, рівномірно розподілиться між останніми режимами. Таким чином, в результаті ми отримаємо розподіл руйнованого об'єму породи між режимами і пластами, представлене в таблиці 2.2. Цей розподіл може бути використаний при здобутті різного роду середніх за цикл величин (наприклад, продуктивності).

        Об'єднавши вирази (2.2, 2.5) і дані таблиці 2.2, можна отримати імовірнісну математичну модель (ММ) умов експлуатації прохідницького комбайна з аксіальними коронками:

        де Рij – доля об'єму породи i-го пласта, що руйнується виконавським органом в j-том режимі роботи в загальному об'ємі руйнованих порід.
        Отримана ММ умов експлуатації ПК описує розподіл об'єму руйнованої породи між режимами і руйнованими пластами при заданих параметрах ІО і умовах експлуатації, які оцінюються системою незалежних випадкових величин .
        У деяких завданнях зручніше користуватися розподілом прочностных властивостей руйнованої породи замість системи величин Z1.
        Середня доля вугілля в прохідницькому забої визначалася з врахуванням запропонованої імовірнісної оцінки умов експлуатації прохідницького комбайна. Згідно (2.4) доля вугілля в забої – функція трьох незалежних випадкових величин – площі перетину вироблення в проходці Sч, потужності Нр і кута падіння ? пласта, її математичне чекання визначалося по формулі [51]:

Література


        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.
Про автора | Бібліотека | Посилання | Звіт про пошук