CC BY
37
1. Сергеев Д.О, Уткина И.А. и др. Использование
геоинформационных технологий в природоохранной деятельности: практика и перспективы. — М.: ГИС-
Ассоциация/Информационный бюллетень ГИС-Ассоциации, 1998. — № 3 (15), с. 33.
2. Карпузов А.Ф., Костяков В.С., Морозов А.Ф., Рот-фел.ьдИ.С.(Министерство природных ресурсов РФ). Геологическое картирование, цифровые базы данных и компьютерные технологии — составные звенья единой информационной системы недропользования России: Материалы
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
первого семинара ГИС-Ассоциации «Геоинформатика в нефтегазовой отасли" (М., 13-17 апреля 1998 г.).
3. Прозорова Г.Н. Проблемы разработки интерфейса ГИС-проекта по углям региона: Материалы 4-й Всероссийской научно-практической конференции «Геоинформатика в нефтегазовой и горной отраслях», http:// gisa.saog.ac.ru /gis_serv/our_publ/Mater_Konf/Oil2001, 2001.
4. Руководство пользователю программного комплекса LandView™ III, электронная версия.
5. Интернет сайт: http://www.aovsu.ru.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------------------------------------------------------
Филиппова Анна Александровна — аспирант, Московский государственный горный университет.
Шек Валерий Михайлович— профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет.
© В.М. Шек, В.Ю. Линиик, 2002
УЛК 65.011.56
В.М. Шек, В.Ю. Линиик
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ ХАРАКТЕРИСТИК УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ И РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ШНЕКОВ ОЧИСТНЫХ КОМБАЙНОВ
В
настоящее время в угольной промышленности России классификация условий применения очистных комбайнов базируется на типизации угольных пластов по особенностям их строения (тип, содержание и крепость породных прослойков, твердых включений и присекаемых пород), и типизации по разру-шаемости пластов в зависимости от пределов изменения их сопротивляемости резанию и степени хрупкости угля [1].
Для решения прикладных задач предложено совокупное использование этих типизаций в виде классификационной матрицы, каждое окно которой соответствует определенным условиям по разру-шаемости и особенностям строения пласта и может приниматься в качестве совокупного классификационного показателя. Таким образом, в соответствии с этой классификацией все угольные пласты по типовым условиям разбиты на 9 групп, что позволяет достоверно осуществлять решение технологических задач, в том числе давать рекомендации по применению на различных очистных комбайнах опреде-
ленных (из имеющейся номенклатуры) типов резцов и шнеков.
Наметившиеся в последние годы тенденции на создание технологий высокопроизводительной выемки угольных пластов по технологическим схемам «лава-горизонт» и «лава-шахта» требуют индивидуального подхода к выбору средств добычи угля. В первую очередь это относится к режущему инструменту и исполнительным органам, которые являются начальными звеньями во всей технологической цепи добычи угля, и от того, насколько параметры этих звеньев будут соответствовать прочностным характеристикам разрушаемого угля и предъявляемым требованиям (обеспечение суточной производительности не менее 5000 т, пылеподавления до санитарных норм, необходимой сортности угля и т. д.), во многом зависит успешная работа вышеуказанных технологий. Выпускаемые в России шнековые исполнительные органы и режущий инструмент, имеющие по группам типовых условий применения в основном усредненные параметры, в ряде случаев не удовлетворяют таким требованиям. Поэтому в условиях укрупнения производственных процессов добычи угля и резкого роста производительности целесообразно перейти на индивидуальный подход при выборе и проектировании исполнительных органов.
В настоящее время при проектировании исполнительных органов расчеты по выбору их параметров выполняются по отраслевому стандарту ОСТ. 12.44.258-84 [2], где для интегральной оценки свойств угольного массива принят показатель сопротивляемости пласта резанию Апл (Н/мм). Однако
этот показатель в вышеупомянутой классификации характеризует лишь разрушаемость угольного пласта (его прочностные свойства) и практически не учитывает наличие в пласте твердых включений и породных прослойков, которые в значительной мере определяют динамические характеристики процесса разрушения угольного массива и надежность комбайна. Поэтому игнорирование свойств неоднородностей в пласте приводит к существенным неточностям в расчетах при выборе параметров шнеков, особенно применительно к пластам, имеющим сложное строение.
В этой связи поставлена двоякого рода задача, решение которой позволило бы, с одной стороны, оценивать условия эксплуатации комбайна не набором характеристик, а с помощью интегрального показателя, весомо реагирующего на наличие в пласте крепких неоднородностей, а с другой — использовать этот показатель в имеющемся алгоритме расчета параметров исполнительного органа. Другими словами речь идет о разработке математических и программных средств для автоматизированной оценки свойств угольного массива в очистном забое и проектировании исполнительного органа с параметрами, максимально соответствующими горногеологическим условиям в этом забое.
Исследования, выполненные в ИГД им. А.А. Ско-чинского [3], показали, что в качестве характеристики, наиболее полно отражающей прочностные свойства угольного массива и динамические воздействия на режущий инструмент вмещающих крепких неоднородностей, может быть принят показатель эквивалентной сопротивляемости пласта резанию, рассчитываемый по формуле:
и£ А = Ауг + А* .
(l)
где Ауг — сопротивляемость угля резанию (Н/мм); А н — обобщенный показатель содержания и свойств неоднородностей (Н/мм).
Величина показателя Ауг, характеризующая прочностные свойства угля и определяющая главным образом средние нагрузки на резцах, принимается по результатам замеров сопротивляемости резанию данного шахтопласта или из известной классификации показателей разрушаемости угольных пластов
[4]. *
Показатель А н, характеризующий прочностные свойства вмещающих неоднородностей и отвечающий за динамическую сторону процесса разрушения угольного массива, рассчитывается по формуле:
а*=+л:„+л:Рп, (2)
где А вкп — обобщенный показатель содержания и свойств твердых включений, Н/мм.
Авкл 1 5АвклКвклS*erndn ,
(3)
где А пп. — обобщенный показатель содержания и свойств породных прослойков, Н/мм.
А„ = А. К. „S*. „, (4)
где А прп — обобщенный показатель содержания и свойств присекаемых вмещающих пород, Н/мм.
А* = А К S* (5)
пр.п пр.п пр.п пр.п ’
где Квкл., Кп.п, Кпр.п — коэффициенты.
Коэффициент Кп (Квкл Кпп, Кпрп) вычисляется по выражению:
К = А - Ауг , (6)
н А
Ауг
где Ан — средняя сопротивляемость резанию неоднородностей (твердых включений Авкп, породных прослойков Апп, присекаемых пород Апрп соответственно).
Удельное содержание твердых включений Б вкп определяется по выражению:
V* _
Sвкл =
£ Sk
HL
(7)
где Sem — суммарная площадь сечения включений на площади обнажения пласта, м; L — длина лавы, м; Н — вынимаемая мощность пласта, м.
Для пластов основных бассейнов значения доли dn включений, перерезаемых резцами, рекомендуется принимать равными: Донецкого — 0,87, Кузнецкого — 0,99, Челябинского — 0,99. Для остальных бассейнов значение dn можно принимать равным 0,9.
Ниже приводится описание программного средства, используя которое можно описать условия предполагаемого применения очистного комбайна, дать с помощью показателя ИЕА численные оценки этим условиям и далее, выбрав по отраслевой инструкции [1] тип режущего инструмента, рассчитать рациональные параметры шнека.
Автоматизированная система расчета параметров шнеков состоит из базы данных о геологии и свойствах пласта и программы обработки информации. В базе данных содержится информация о геологических индексах пластов, марках углей, их сопротивляемости резанию, содержании и свойствах неоднородностей в пластах, качественных характеристиках углей (содержание серы, влажность, летучие и т.д.). База разработана с использованием СУБД MS ACCESS 97. Программа взаимодействует с базой данных с целью получения из нее необходимой информации, проводит промежуточные расчеты, определяет место описываемого пласта в одном из окон классификационной матрицы [1] и рассчитывает для него показатель ИЕА. В том случае если в банке данных отсутствует какая-либо из характеристик пласта, программа позволяет найти ее, используя справочные данные, приведенные в соответствующих таблицах базы данных. Исходный текст программы написан на языке Visual Basic 6.
В автоматизированной системе программа обработки информации и база данных разделены на два отдельных модуля. Это обусловлено тем, что в этом случае отпадает необходимость модернизации ядра программы обработчика и последующей его перекомпиляции в случаях, когда требуется внесение в базу данных новой информации. Эта операция осуществляется путем простого внесения новых строк в таблицы базы данных.
Основная справочная информация о свойствах пласта содержится в четырех таблицах базы данных. Первая таблица включает в себя данные о
Рабочее окно программы представления исходных данный и выдачи результатов
хрупкопластических свойствах углей различных марок и их сопротивляемости резанию в основных угольных бассейнах России и стран СНГ. Таблица состоит из четырех полей:
«бассейн», «марка», «степень хрупкости», «сопротивляемость резанию». Первые два поля являются индексированными, т.е. имеется возможность осуществить поиск по заданному образцу.
Возможность поиска необходима для дальнейшего представления исходных данных в программе обработки информации.
Следующая таблица содержит расчетные значения сопротивляемости резанию различных типов породных прослойков. Вся совокупность данных в таблице представлена тремя полями: «бассейн»,
«тип прослойка», «сопротивляемость». Первые два поля таблицы индексированы. В поле «бассейн» допускаются повторяющиеся значения записей, поскольку один и тот же угольный бассейн может содержать пласты с различными типами прослойков.
В третьей таблице представлены данные о расчетных значениях сопротивляемости резанию всех типов твердых включений. По своей структуре таблица идентична предыдущей.
Для представления базы данных, ее обработки и выдачи конечного результата разработана программа для 1ВМ РС, оснащенных операционной системой Windows 95/98. Главная рабочая форма программы приведена на рисунке. Алгоритм работы программы следующий. На первом этапе осуществляется процесс описания условий применения, для которых необходимо спроектировать шнековый исполнительный орган. Для представления исходных данных в окнах «Объединение», «Шахта», «Наименование или индекс» вводится с клавиатуры или выбирается из списка соответствующее значение. При этом программа произведет считывание данных из базы и распечатает результат в окне формы. Считывая информацию, программа устанавливает связь с базой и открывает соответствующую таблицу в режиме чтения. При этом автоматически рассчитывается показатель ИЕА и определяется группа сложности строения и категория разрушаемости пласта.
Описав условия применения исполнительного органа и определив тип режущего инструмента, программа переходит к расчету основных параметров шнека. Расчет производится по алгоритму, приведенному в [2], с той лишь разницей, что при расчете усилий резания в формулу вместо показателя сопротивляемости пласта резанию Апл подставляется рассчитанное по вышеприведенному алгоритму зна-
чение показателя ИЕА. На данном этапе определяются такие характеристики, как шаги резания, количество и углы расстановки резцов и т.п. На заключительном этапе расчета выдается схема расстановки резцов на корпусе шнека.
В заключение, на примере шнека диаметром 2000 мм покажем степень влияния показателей разрушаемости угольного массива, характеризующих свойства неоднородностей в пласте на основные параметры исполнительного органа. Описание условий применения шнека, выбор типа инструмента, опре-
Бассейн Кузнецкий
Наименование пласта е5
Технологическая марка угля Ж
Мощность пласта, м. 3,56
Сопротивляемость угля резанию, Н/мм. 100
Количество угольных пачек 2
Степень хрупкости угля хрупкий
Тип породного прослоя песчаник
Мощность породного прослоя, м. 0,5
Сопротивляемость резанию прослоя Н/мм. 700
Тип твердых включений карбонат- ные
Кол-во твердых включений на 100 м. длины лавы 16
Сопротивляемость резанию включений, Н/мм. 700
Назначение угля рядовой
РАСЧЕТНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ШНЕКА ЛИАМЕТРОМ 2000 мм
Значение показателей сопротивляемости резанию Н/мм. Значения параметров шнека при различных вариантах расчета
Схема расстановки резцов Число резцов в линии резания Шаг расстановки забойных резцов, мм. Число забойных резцов Число кутко-вых резцов
Апл=180 шахматная 2 45 24 16
Иеа=547 последовательная 4 40 44 24
деление показателя ИЕА и расчет параметров шнека приводится по вышеизложенным алгоритмам исходя из следующих исходных данных:
В таблице приведены значения основных параметров шнека, рассчитанные исходя из значений для данного пласта сопротивляемости резанию Апл и показателя ИЕА.
Как видно из таблицы, значения параметров шнека, рассчитанные для одного и того же пласта, при различных методиках оценки его прочностных свойств существенно разнятся. Справедливо отметить, что в данном случае взят пример из области экстремальных условий применения шнеков. В таких условиях особенно остро проявляется несоответствие параметров шнека прочностным характеристикам угольного массива. На пластах простого строения или с небольшим содержанием слабых неоднородностей (прослои слабых аргиллитов, раздробленные твердые включения) введение в расчет того
Отраслевая инструкция по выбору шнековых исполнительных органов очистных комбайнов. -М.: ИГД им. А. А. Скочинского, 1997. -33 с.
ОСТ 12.44.258-84 Комбайны очистные. Выбор параметров и расчет сил резания и подачи на исполнительных органах. Методика. - М.: 1984. - 107 с.
Лпннпк Ю.Н. Основы расчета надежности и эффективности функционирования исполнительных органов уг-
или иного показателя (Апл или ИЕА) практически не влияет на параметры шнека, а следовательно и на эффективность его функционирования в таких условиях.
Таким образом, результаты исследований, изложенные выше, показывают, что при расчете параметров шнеков необходимо учитывать все показатели, характеризующие прочностные свойства угольного массива. Особенно это касается свойств неоднородностей, содержание которых в пласте определяет динамическую нагруженность исполнительных органов. При расчете нагруженности исполнительных органов и выборе их параметров в качестве характеристики, интегрально учитывающей свойства пласта, следует принимать показатель эквивалентной сопротивляемости резанию, значение которого для пластов сложного строения существенно отличается от Апл.
------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ледобывающих комбайнов в различных условиях эксплуатации. - М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1994. - С 49-54
Методика оценки и классификации показателей раз-рушаемости угольных пластов основных бассейнов СССР. Часть II. Классификация показателей разрушаемости угольных пластов.— М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1976. -121 с.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ---------------------------------------------------------------------
Шек Валерий Михайлович— доктор технических наук, Московский государственный горный университет Линник Владимир Юрьевич — магистр, Московский государственный горный университет
© Л. К. Потресов, Н.И Буханова, 2002
УЛК 622.235.001.572
Л. К. Потресов, Н.И Буханова ПОСТРОЕНИЕ НЕЧЕТКОЙ МОЛЕЛИ РЕШЕНИЯ ЗАЛАЧИ СЕЙСМИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОСНОГО ВЕЛЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ
Факторы неопределенности дения взрывных работ и способы
смически безопасносного ве- их объективизации.
В настоящее время в нашей стране осуществляются программы экономического и социального развития, в связи с чем возрастает потребление различных сырьевых и топливно-энергетических ресурсов, что в свою очередь ведет к росту объемов взрывных работ и масштабов взрывов, широко применяемых при добыче полезных ископаемых из недр.
