Семенченко А.К., Семенченко Д.А., Хиценко Н.В., Шабаев О.Е. - "Перспективы развития проходческих комбайнов".

Источник: http://library.stroit.ru/articles/kombain/index.html.

 

            Развитие угледобычи характеризуется все возрастающей интенсификацией нагрузки на очистной забой шахты. Суточная добыча угля из забоя, оснащенного современным механизированным комплексом типа МКД-90, из пласта мощностью 2 м составляет 3000 т/сутки и более. При такой добыче шахта с годовой добычей 4–5 млн тонн угля должна иметь порядка 4–5 очистных забоев, оснащенных современными комплексами. Интенсификация добычи позволяет обеспечивать снижение стоимости добываемого угля за счет повышения производительности труда шахтеров, сокращения затрат на транспортные и капитальные расходы, сокращения количества шахт, а следовательно, и затрат на поддержание их структуры (подъездных путей, зданий, сооружений и т.д.). Немаловажный фактор интенсификации – это повышение безопасности ведения очистных работ и т.д.

            В ближайшее время во всем мире магистральным направлением развития угольной отрасли станет создание угледобывающих предприятий типа «лава-шахта», что означает необходимость доведения добычи из очистного забоя до уровня 10000 т/сутки и более. Важнейшим условием для этого является обеспечение необходимого фронта работ, то есть своевременная подготовка очистных забоев. За период отработки действующей лавы должна быть подготовлена и оснащена оборудованием новая.

            Поэтому очень значимым представляется обоснование перспективных направлений совершенствования проходческой техники, способной существенно увеличить темпы проходки.

Определение требуемой энерговооруженности привода исполнительного органа

            Основным параметром проходческого комбайна, определяющим возможные темпы прохождения выработок, является установленная мощность привода исполнительного органа. Требуемая для достижения заданных темпов проходки мощность привода исполнительного органа может быть определена по зависимости:

, кВт, (1)

где kS – коэффициент перебора породы по контуру выработки;
Wопт – удельные энергозатраты разрушения забоя в оптимальном режиме, кВтч/м3;
kW – коэффициент удельных энергозатрат разрушения забоя, учитывающий их повышение вследствие отклонения режима разрушения от оптимального;

– коэффициент крепления, учитывающий затраты времени на крепление выработки (kкр=1, если крепление совмещено по времени с разрушением забоя);
tкр – длительность крепления одного погонного метра выработки (не совмещенного с процессом разрушения забоя), ч;
Tр – плановое число рабочих часов в сутки;
kг – коэффициент готовности комбайна;
η – к.п.д. привода исполнительного органа;
kир – коэффициент использования установленной мощности двигателя привода исполнительного органа;
kорг – коэффициент, учитывающий простои комбайна из-за несовершенства организации работ.

            Мощность приводного двигателя в идеальном случае (при единичных значениях коэффициентов kS, kW, kкр, kиР и kорг) определяется по зависимости:

, кВт.

            Зависимость этой мощности от требуемых темпов проходки при различных удельных энергозатратах процесса разрушения забоя и значениях Tp=18 ч, η=0,75 приведена на рис. 1.

Рис. 1. Зависимость мощности, развиваемой приводом резания в идеальном случае, от требуемых суточных темпов проходки при различных удельных энергозатратах разрушения забоя.

С учетом вышесказанного зависимость (1) принимает вид:

, (2)

где 

– коэффициент качества управления комбайном, величина которого в значительной степени определяет требуемую установленную мощность привода исполнительного органа, а следовательно и металлоемкость комбайна.

            Для обоснования направлений совершенствования и возможных путей снижения энерговооруженност проходческих комбайнов проанализируем составляющие коэффициенты.

Условия эксплуатации проходческих комбайнов

            Определяющее влияние на значение kW оказывают параметры стружкообразования на резцах исполнительного органа и физико механические характеристики разрушаемых пород. Коэффициент kир характеризует недоиспользование установленной мощности привода исполнительного органа, обусловленное несовершенством принятого способа регулирования нагрузки на двигатель привода исполнительного органа в заданном диапазоне изменения прочностных характеристик разрушаемых пород.

Рис. 2. Высококопроизводительный проходческий комбайн КПА с системой возведения анкерной крепи.

            Сопротивляемость резанию угольных пластов в условиях Донбасса распределена по усеченному нормальному закону [2] (математическое ожидание 173 Н/мм; среднеквадратическое отклонение 70,5 Н/мм). Уголь более 50% пластов вязкий, поэтому в дальнейшем анализе показатель степени хрупкости угля Е был принят равным 1,65.

            Анализ вида распределения вероятности временных сопротивлений одноосному сжатию вмещающих пород позволил предположить усеченный (при σсж=10 МПа) нормальный закон распределения с математическим ожиданием 55,7 МПа и среднеквадратическим отклонением 23,3 МПа (см. рис. 3).

Рис. 3. Плотность распределения временных сопротивлений одноосному сжатию вмещающих пород угольных пластов Донбасса (Украина).

            Для совместного анализа распределения показателей прочности угля и вмещающих пород необходимо их приведение к единому показателю (таким показателем принята контактная прочность) и знание соотношения по объему между углем и породой в проходческом забое.

            Средняя доля угля в проходческом забое определялась с учетом предложенной в работе [4] вероятностной оценки условий эксплуатации проходческого комбайна. Для комбайна типа П110 в условиях Донбасса было рассчитано значение средней доли угля в забое M(d2)=0,34.

            При характерных для поворотных резцов, которыми оснащаются исполнительные органы современных проходческих комбайнов, параметрах среза из условия равенства удельных энергозатрат с использованием [5, 6] была получена зависимость сопротивляемости резанию угля Ap от контактной прочности породы pк: Ap=1,79pк. Также использовалась приведенная в [7] корреляционная зависимость временного сопротивления одноосному сжатию от контактной прочности σсж=6,3(рк/9,8)0,6.

С помощью этих зависимостей был получен закон распределения вероятности контактной прочности разрушаемой породы:

(3)

где f1, f2 – функции распределения вероятности сопротивляемости резанию и временного сопротивления одноосному сжатию соответственно.

            На рисунке 4 проиллюстрировано приведение сопротивляемости резанию к контактной прочности по удельным энергозатратам (линия 1) и приведение частных функций распределения вероятности (линия 2) к единой функции (3).

Рис. 4. Приведение частных функций распределения вероятности показателей прочности угля и породы к единой функции.

            Анализ приведенной функции распределения вероятности позволяет сделать вывод, что в условиях Донбасса (Украина) для проходческого комбайна типа П110 наряду с большим разбросом прочностных характеристик разрушаемых пород: минимальная контактная прочность порядка 20–50 МПа, максимальная – до 1300–1400 МПа, весьма велика доля слабых пород: около 50% пород имеет контактную прочность до 300 МПа.

 

                                                                                                    Наверх  

© ДонНТУ, Терещенко Алексей Сергеевич, 2009