Рис. 1. Шнековый комбайн Eickhoff EDW 300 LN
УДК 622.232.72.054.53.031.2 (430)
Новые разработки в области шнековых комбайнов для тонких пластов
Дипл. инж. Хериберт Буссманн, руководитель проектно-конструкторского бюро фирмы «Айкхофф машиненфабрик ГмбХ», Бохум; проф. д-р инж. Карл Нинхаус, учебноисследовательский сектор средств механизации добычи минерального сырья Рейнско-Вестфальского высшего технического училища, Ахен
Материалы статьи представлены издательством «Глюкауф ГмбХ», Эссен
Комбайновая выемка маломощных пластов уже давно является, с одной стороны, одной из наиболее популярных, но из-за присущих ей сложностей - также самой нелюбимой темой. В настоящей статье сделана попытка рассмотреть «узкие места» комбайновой выемки угольных пластов мощностью 1 - 1,4 м при «хорошей» кровле и пологом залегании или мощностью 1 - 1,7 м при «плохой» кровле и слегка волнистом залегании. Для пластов большей мощности уже имеется выемочное оборудование, вполне доказавшее свою работоспособность на мировом рынке. Для пластов меньшей мощности, а также пластов, залегающих в неблагоприятных геологических условиях, комбайновая выемка, по мнению авторов, не играет никакой роли.
Конструкторами и горными инженерами из угледобывающих регионов с высокой долей тонких пластов в ходе истории разработки таких месторождений создавались специальные машины для выемки маломощных пластов. Совместно с этими разработками велись поиски О более эффективных методов отбойки угля и навалки его на конвейер и О увеличения размеров проходного сечения для отбитого угля у комбайна.
В качестве примера здесь в первую очередь следует назвать комбайны серии Ш с обычным
В статье в сжатой форме представлено состояние и возможности дальнейшего прогресса конструкторских разработок в области комбайновой выемки маломощных пластов.
положением осей шнековых исполнительных органов, у которых корпус машины расположен перед конвейером между шнеками (рис. 1). Из машин этого типа фирма «Айкхофф» изготовила на сегодня около 220 штук. Они применяются в основном в странах с поддерживаемыми рыночными ценами (Германии, Великобритании и Бельгии), но также с большим успехом в калийной промышленности. Число действующих комбайнов серии БИ в угольной промышленности мира к настоящему времени сократилось до пяти машин.
Английский комбайн для тонких пластов Тгераппег отличается расположенным перед конвейером корпусом машины и исполнительным органом бурового типа с продольной по отношению к конвейеру осью (рис. 2). При этом для создания параллельных плоскостей кровли и почвы требуются дополнительные кровельные, а иногда и почвенные резцы. Портал машины над конвейером обеспечивает связь с находящейся
С завальной стороны системой подачи, дает возможность подводить к комбайну электроэнеопнп и управлять машиной. F и
в российских или соответственно украинских разработках для весьма маломощных пластов улучшение работы по разрушению и навалке угля обеспечивалось вертикальными барабанными рабочими органами, а корпус машины для увеличения высоты слоя транспортируемого конвейером угля располагали с завальной стороны конвейера. Возможность перестановки рабочих органов по высоте не предусматривалась: технические решения для этого слишком дорогостоящие. '
Рис. 1. Шнековый комбайн Eickhoff EDW 300 LN
На рис. 3 показана машина, разработанная в кооперации между украинскими партнерами и фирмой «Айкхофф».
В последних разработках комбайнов этого типа предусмотрены как наибольшие: мощность режущей части - 300 кВт, а мощность механизма подачи-40 кВт. Поэтому достигаемая скорость отработки нередко ограничена установленной мощностью и является с современной точки эре* ния недостаточной.
Ниже представлена попытка рассмотреть поэтапно все узкие места комбайновой выемки тонких пластов и возможные предложения по их разрешению.
В проводимом нами анализе мы исходили из того, что в соответствии с современным уровнем развития комбайновых двигателей, редукторов и систем управления в комбайнах для тонких пластов могут быть применены исполнительные органы с приводом мощностью заметно выше 300 кВт и механизмы подачи с установленной мощностью до 2 х 80 кВт.
В качестве следующей предпосылки можно исходить из того, что скорость движения тягового органа лавного конвейера не должна ограничивать производительность комбайна. Изготовители цепей и скребковых конвейеров не видят каких-либо существенных проблем при увеличении до 2,5 м/с и более скорости движения скребковых цепей.
Таким образом, достижимая производительность комбайна в рассматриваемом диапазоне мощности пластов зависит только от глубины захвата и рабочей скорости подачи комбайна. Максимальная скорость движения комбайна ограничивается, с одной стороны, площадью поперечного сечения пространства между конвейером и корпусом комбайна при его рабочем проходе вверх по лаве и, соответственно, высотой слоя угля на конвейере при движении комбайна вниз. С другой стороны, - геометри^ ей врубо-навалочного органа, определяющей как глубину резания, так и навалочную способность комбайна. „
На основе базисных данных комбайна Eickhoff SL 300 - в настоящее время в эксплуатации находится около 40 этих, оправдавших себя во многих странах высокопроизводительных машин, - нами составлены три теоретические машинные конфигурации, которые noj следовательно приближаются к поставленной задаче. Концепция основывается на мощности пласта 1,2 м и рассматривается совместно с конвейером РР4 фирмы ДБТ с шириной рештаков 1 132 мм.
Вначале рассчитывалась производительность комбайна по отбойке угля - пока без учета навалочной способности шнеков - по имеющимся значениям мощности режущей части комбайна, толщине слоя угля на конвейере и площади поперечного сечения портала под комбайном. В качестве дальнейших базисных данных для определения производительности комбайна по отбойке угля при стандартном способе самозарубки косыми
Рис. 2. Комбайн Trepanner
Рис 3 (внизу). Украинский комбайн КА SO
заездами в конце лавы были приняты скорость движения конвейерной цепи 2 м/с и длина лавы 300 м.
Вариант 1 ,
Комбайн 56 300 с наименьшей возможной конструктивной высотой при диаметре шнеков 1,2 м и глубине захвата 0,9 м может иметь ограниченную мощностью привода режущей части в 420 кВт те* ореіическую рабочую скорость, равную 32 м/мин. И ю же время площадь поперечного сечения портала под комбайном ограничивает скорость рабочею прохода комбайна вверх по лаве до
13,6 м/мин идо 25,5 м/мин - при движении вниз ио лаве (рис. ■)). При стандартном способе са-мозарубки комбайна косыми заездами расчетная часовая производительность комбайна составляет 1 021 т.
Вариант 2
Персия 2 отличается тем, что поворотный редуктор новой конструкции (рис. 5) устраняет ограничения, вызванные недостаточным свободным пространством под комбайном. Двигатели находятся за шнеками, тем самым увеличивается поперечное сечение портала (рис. б). Компоновка комбайна должна быть такой, чтобы являющийся опережающим шнек вырубал в пласте дорогу для прохода защитных корпусов обоих двигателей,
Возможная рабочая скорость движения комбайна вверх по лаве увеличивается до 26,2 м/мин, скорость движения вниз по лаве не изменяется.
Производительность комбайна при стандартном способе самозарубки увеличивается до
Рис. 7. Комбайн Eickhof* SL 300 N
1 397 т/ч, т.е. на 37 % по сравнению с нормальной версией 51.300.
Вариант 3
Вариант 3, обладая признаками Варианта 2, предусматривает перемещение корпуса машины перед конвейером, как у комбайнов типа бЫ. Опорная лыжа служит дополнительной поддержкой массы машины, механизм подачи располагается с завальной стороны конвейера, портал машины находится над конвейером (рис. 7).
Рабочая скорость составляет 29,5 м/мин при движении вверх по лаве и 25,5 м/мин - при движении вниз, Благодаря этому расчетная производительность повышается до 1 461 т/ч, т.е. на 43 % по сравнению с основной версией.
Навалочная способность и скорость движения комбайна
Для трех вариантов будем рассматривать лишь геометрию шнековых исполнительных органов и их навалочную способность.
На рис. 8 показано разгрузочное сечение шнека диаметром 1,2 м, расположенного перед конвейером, что позволяет сделать четкие выводы об эффективности навалки этого шнека.
Для расчета навалочной способности используется полезная часть кольцевого сечения шнека с учетом эффективности и скорости выгрузки.
При частоте вращения шнека 67 мин1 в этом примере скорость подачи комбайна ограничивается по навалочной способности шнеков до 8,8 м/мин.
Из многочисленных практических примеров известно, что прижимное усилие шнека в направлении движения комбайна способствует отжиму пласта при мягком угле и, поэтому, такое ограничение нередко не бывает столь драматичным, как это явствует из расчетных данных, Тем не менее, это «узкое место» весьма существенно.
Прагматичным подходом к дальнейшему решению этой проблемы является увеличение диаметра шнека во 2-й версии машины до 1,4 м, благодаря чему скорость подачи комбайна, ограничиваемая навалочной способностью шнека, возрастет приблизительно до 14 м/мин. Таким образом, имеется возможность при мощности режущей части комбайна 420 кВт и высоте корпуса около 1,06 м на пластах мощностью от 1,5 м при благоприятных условиях залегания улучшить
Рис. 8. Размеры и эффективность разгрузочных окон при диаметре шнека 1,2 м
производительность забойного оборудования с обычными шнековыми комбайнами.
Достигаемая на практике скорость подачи 14 -15 м/мин на пластах мощностью 1,5 м не представляет собой неразрешимую задачу для машинистов комбайнов, Это значит, что производительность лавы порядка 1 500 т/ч при стандартной схеме работы комбайна без автоматизации управления механизмами лавы при использовании комбайна Бб 300 может быть достигнута в короткие сроки, если будут соблюдены остальные названные выше условия.
Речь идет о не учитывавшемся до сих пор «узком месте» - максимальной скорости передвижения машиниста комбайна. Из данных производственных наблюдений при рабочем и холостом ходе комбайна на пластах мощностью 1 м можно сделать следующий вывод. В рассматриваемом диапазоне мощности пласта 1,0 -1,4 м невозможно достичь скорости, заметно превышающей 10 м/мин, поскольку машинисту для управления исполнительным органом приходится ползти рядом с комбайном.
Поэтому следующей предпосылкой для повышения производительности комбайновой выемки маломощных пластов является автоматизация работы исполнительного органа комбайна. В последние годы разработано большое число обнадеживающих решений проблемы распознавания границы «уголь-порода», однако достаточно надежной и пригодной для универсального применения сенсорной системы все еще нет. Предпосылками для автоматического управления обладают все комбайны типа Бб, некоторые из них уже сегодня работают в автоматическом режиме.
Поскольку предприятия, которые действуют на мировом рынке, готовы принять на себя риск разработки маломощных пластов только при (по меньшей мере) такой же производительности, как и на более мощных пластах, и при (самое большее) равных затратах, - на работы по автоматизации оборудования лавы оказывает сильное давление как необходимость в таких разработках, так и риск неоправданных расходов на опытно-конструкторские работы, который не следует недооценивать. □