CC BY
24
Key words: remote diagnostics, overhead power line, foundation, anchor support, measurement, ultrasonic sounding, control room.
Akulichev Vitaly Olegovich, first deputy general director, director for development, akulichev.vo@mrsk-1.ru, Russia, Kaliningrad, IDGC of Center and Volga Region, PJSC,
Zakharov Sergey Yurievich, acting first deputy director - chief engineer, zaha-rov.sy@tl.mrsk-cp.ru, Russia, Orel, Tulenergo branch of IDGC of Center and Volga Region, PJSC, Tulenergo branch of IDGC of Center and Volga Region, PJSC,
Rodionov Igor Alexandrovich, deputy chief engineer for production assets management, rodionov.ia@tl.mrsk-cp.ru, Russia, Tula, Tulenergo branch of IDGC of Center and Volga Region, PJSC,
Visich Sergey Gennadievich, leading engineer, visich. sg@tl. mrsk-cp. ru, Russia, Tula, IDGC of Center and Volga Region PJSC,
Panarin Mikhail Vladimirovich, candidate of technical sciences, director, pmv@,ssoft24.com, Russia, Tula, ServiceSoft Engineering LLC,
Stepanov Vladimir Mikhailovich, doctor of technical sciences, professor, head of department, energy@tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Maslova Anna Aleksandrovna, doctor of technical sciences, docent, an-na_zuykova@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 622.232.8
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-8-290-296
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ОЧИСТНОЙ КОМБАЙН-СКРЕБКОВЫЙ КОНВЕЙЕР
Г.И. Бабокин
Разработана методика расчета потребляемой электрической энергии и ее удельного расхода системой очистной комбайна-скребковый конвейер при работе в высокопроизводительном механизированном очистном забое. Установлено, что удельный расход электрической энергии системы очистной комбайн-скребковый конвейер уменьшается на 9,1 % при работе комбайна по челноковой технологической схеме, в сравнении с односторонней схемой, и увеличивается с увеличением длины лавы.
Ключевые слова: очистной комбайн, скребковый конвейер, потребляемая электрическая энергия, удельный расход, лава.
Для выемки угля при отработке пластов пологого падения мощностью 0,9-6,0 м на шахтах страны применяют механизированные комплексы с узкозахватными очистными комбайнами (ОК). Повышение производительности и улучшение технико-экономических показателей очистных забоев угольных шахт достигается увеличением установленной мощности электрооборудования системы очистной комбайн-скребковый конвейер (ОК-СК) [1-4]. При этом доля электрической энергии, потребляемой технологическими операциями добычи и транспортировки угля достигает 12,115,7% от общего электропотребления угольных шахт [1]. В связи с потребностями
290
энергосбережения, актуальным является исследование энергетических параметров системы ОК-СК, в качестве которых приняты потребляемая электрическая энергия и ее удельный расход. Энергетические показатели очистного забоя определяются режимами работы системы ОК-СК и зависят от многих факторов: горно-технологических, технических параметров и состояния оборудования, параметров очистного забоя и столба, организации работ и других [4,6]. При этом в процессе эксплуатации забоя необходимо планировать реальные параметры электропотребления в конкретных условиях и режимах работы, для стимулирования экономии электрической энергии. При аналитическом или экспериментальном определении эксплуатационного удельного расхода электрической энергии системы ОК-СК необходимо определить объем потребляемой электрической энергии и объем добытого угля за конкретный период работы лавы, например за сутки, и взять их отношение. Объем добытого угля зависит от эксплуатационной производительности ОК.
В работе решается задача разработки аналитической методики расчета объема потребления и удельного расхода электрической энергии системой ОК-СК для всех режимов ее работы и установлении закономерностей формирования энергетических параметров от технологических схем работы и длины лавы. Электропотребление системы ОК-СК равно сумме электропотребления ОК, который формирует грузопоток угля, и СК, который транспортирует уголь по лаве.
Рассмотрим методику определения энергетических показателей ОК. Современные ОК имеют индивидуальный нерегулируемый асинхронный электропривод каждого из двух шнеков привода резания и отдельный регулируемый электропривод подачи с двумя асинхронными электродвигателями, питаемыми от общего преобразователя частоты.
Технические параметры ОК и условия его работы позволяют [2] определить затраты механической мощности привода, опережающего и отстающего шнеков и Р2 на разрушение пласта угля, поперечное перемещение и погрузку отбитого угля на забойный конвейер:
Р! + ^1пог = ^^ + (1)
1 1р ЗОп^р 1000% 4 '
р =р +Р = , КпоТКТрдВ2(П-Р)уУп (2)
2 2р 2п°г ЗОп^р 1000% , ( )
где Р1Р и Р2р, ^1П0Г и Р2пог - затраты механической мощности приводов опережающего и отстающего шнеков, кВт, соответственно, на разрушение пласта угля и погрузку его на забойный конвейер; - КПД редуктора привода шнека; - количество резцов в одной линии резания шнека; D - диаметр шнека, м; ш31, ш32 - количество резцов разрушающих забой одновременно на опережающем и отстающем шнеках; А - средневзвешенная сопротивляемость пласта угля резания, кН/м; - скорость подачи комбайна, м/мин; h - мощность вынимаемого пласта, м; В - ширина захвата исполнительного органа комбайна, м; Кпо - коэффициент характеризующий параметры исполнительного органа и условия работы резцов, равный: К"по = КотК2КвК3рКфр, где Кот - коэффициент отжима, учитывающий уменьшение сил резания из-за горного давления, К2,Кв,К3р,Кфр
- коэффициенты, соответственно, учитывающие угол резания, ширину резца, износ и форму резцов; Ктр - коэффициент трения отбитого угля о подошву выработки; Кпог -коэффициент, учитывающий затраты на подъем угля на высоту забойного конвейера; q
- ускорение свободного падения 9,8 м/с2; у - удельный вес угля, т/м3; - КПД системы погрузки угля шнеком.
Затраты механической мощности приводом механизма перемещения ОК определяются уравнением:
Рп = [(Р1р + Р2р)Кп +/(Сс05а ± ^таХК1, (3)
где Кп - коэффициент, учитывающий затраты мощности от проекции сил резания на скорость подачи; G - вес комбайна, т; / - коэффициент трения между опорами комбайна и направляющими забойного конвейера; а - угол падения пласта, град.; - КПД редуктора механизма перемещения.
В формуле (3) знак «плюс», перед составляющей веса комбайна, берется при движении комбайна вверх по лаве, а знак <<минус>> при движении вниз по лаве.
Из уравнений (1,2) при заданных параметрах комбайна, сопротивляемости угля резанию, принимая среднюю вынимаемую мощность пласта К< 2Б и затраты мощности на погрузку отбитого угля равными нулю, для номинальных значений мощности электродвигателей шнеков (резания) Р1н, Р2н определяем максимально возможно скорость перемещения комбайна в конкретных условиях:
у _ 30п1^р(Р1н+Р2н) (4)
п тах ~ АПКк0(п31+п32) (4)
Полученные значения Цг тах представляется в уравнение (3) для номинальных значений Р1н, Р2н и проверяется выполнение условия достаточности мощности привода подачи при максимальном значении угла падения пласта атах:
Рпн > Рп (5)
При выполнении условия (5), допустимое максимальное. значения скорости перемещения Цг тах комбайна проверяется по скорости крепления кровли забойной механизированной крепи, по транспортирующей способности лавного конвейера, по содержанию метана в воздухе забойного пространства, по максимальному вылету резца [2]. Рабочая (расчетная) скорость перемещения комбайна принимается равной минимальному значению из всех рассчитанных, по указанным факторам, максимальных значений Кп£.
Для расчета энергетических параметров ОК определяем суточную добычу угля для применяемых технологических схем работы комбайна в очистном механизированном комплексе: односторонней и челноковой [4,5]. При односторонней схеме работы ОК за цикл его работы снимается одна полоса угля в лаве и выполняются последовательно следующие операции: выемка полосы угля при движении комбайна вверх по лаве; зачистка машинной дороги при движении комбайна вниз по лаве и зарубка исполнительного органа комбайна в пласт, для выемки новой полосы. При челноковой работе комбайна за цикл его работы снимаются две полосы угля и при выемке одной полосы выполняются две операции: выемка угля и зарубка исполнительного органа комбайна в пласт угля.
При односторонней схеме работы ОК время цикла работы, необходимое для снятия одной полосы угля, определяется по формуле [6]:
Ь — ¿к ^ -Ку-^З //"\
Ъцо=^+гзач "Ь^зар = ^ ^ ^ (6)
"п "м 'з
где tв,tзач,tзар - длительности работы комбайна, соответственно ,по выемке, зачистке машинной дороги и на зарубку исполнительного органа(выполнение концевых операций), с; L - длина лавы, м; Ьк - длина комбайна, м; Ь3 - длина косого заезда при зарубке исполнительного органа, м; УП,УМ,У3 - скорости подачи комбайна, соответственно, рабочая, маневровая при зачистке , при косом заезде для операции зарубки; Ку - коэффициент, учитывающий организацию и условия труда или выполнения концевых операций.
При челноковой схеме работы очистного комбайна время одного цикла, необходимое для снятия двух полос угля (движение вверх и вниз по лаве) [6,8]:
*цч = *В1 ^^ко = (1К + 5*МО + (7)
где - время на концевые операции, с; УП1 и УП2 - скорости подачи комбайна при движении, соответственно, вверх и вниз по лаве, определяются по формуле (3); ^мо - время вертикальных перемещений исполнительного органа при косом заезде и
292
отработке концевых участков лавы, с; - скорость подачи комбайна при косом заезде; В - ширина захвата исполнительного органа комбайна, м; Уфк - скорость фланговой передвижки концевого участка конвейера при зарубке [6].
Суточная добыча угля лавы при односторонней схеме работы ОК находится по формуле:
дсо — бОВ^уШсмГсм (8)
£цо
где Тсм - длительность рабочей смены, ч; псм - число рабочих смен в сутки. Суточная добыча лавы при челноковой схеме работы комбайна:
_ 120 ВЪуЬПсмТсм /пч
УС.О —-:-, (9)
1ЦУ
Электрическая энергия, потребляемая ОК в сутки, для односторонней и челноковой Ж, схем работы определяются по формулам:
^0 = [^кв^В + ^/с.зач^зач + ^кзо^з]псм^см^цо1 (10)
Ж, = [Ркв1^В1 +^к32^В2 +^кЗ4^^о]псм^см^цу (11)
где Ркв, Ркв1, Рк.зач , Ркзо, РкЗ4 - средневзвешенные электрические мощности ОК при выемке полосы угля, зачистке машинной дороги, зарубке исполнительного органа в пласт угля, выполнении концевых операций в соответствующих технологических схемах работы.
Электрическая мощность ОК, потребляемая из электрической сети, для указанных режимов работы равна:
Ры = [(^1 +ЗДэ"пр + ^э~пп + №пн +^оч]^э"с1 (12)
где ^эпр , ^эпп, ^эпн, ^эс - КПД, соответственно, электроприводов резания, подачи, гидравлического насоса и питающей ОК электрической сети.
Методика расчета удельного расхода электрической энергии ОК, при заданных условиях работы, включает: определение максимальной скорости подачи, по формуле (4); параметров режима работы комбайна, по формулам (6, 7); техническую суточную добычу, по формулам (8, 9); электрическую энергию, потребляемую за сутки, по формулам (1-3, 10-12); удельный расход энергии как отношение объема потребленной электроэнергии к суточной добыче угля.
Рассмотрим методику определения энергетических параметров СК. На основе анализа результатов работ [4, 5, 7] и режима работы скребкового конвейера в механизированном забое, предложено определять активную мощность, потребляемой электрической энергии конвейера, по формуле:
¿к = + Ру ^из^ц^Ц^ККЛЪР^ЭП + , (13)
где Рх, Ру - мощность холостого хода конвейера и переменная мощность, зависящая от грузопотока и длины загруженной части конвейера; оц, ^г - вес погонного метра цепного тягового органа и груза (угля), кг/м; ^ц, ^г - коэффициенты сопротивления движению тягового органа и груза; - скорость движения тягового органа, м/с; ¿к , ^з -длина конвейера и загруженной части конвейера, м; д - ускорение свободного падения, м/с2; ^эп - КПД редуктора и электропривода конвейера; К"ИЗ - коэффициент, учитывающий дополнительное усилие при изгибе конвейера.
Следует отметить, что длина конвейера практически равна длине лавы.
Вес погонного метра груза на конвейере зависит от производительности комбайна и равен [7]:
=—, (14)
где = 60 • Н • В • 7 • Уп, т/ч; Н - вынимаемая мощность пласта, м; В - ширина захвата исполнительного органа комбайна, м; у - удельный вес отбитого угля, кг/м3; ^п - скорость подачи комбайна, м/мин.
Длина загруженной части конвейера ¿з зависит от положения комбайна в лаве и скорости его перемещения ^п при выполнении технологических операций разрушения угля и погрузки его на конвейер:
¿З=^КН ±f*Vndt, (15)
где Ьш - начальная длина загруженной части конвейера; tn, tK - время начала и окончания выполнения технологической операции.
С учетом (13) и (14) мощность, потребляемая электроприводом конвейера, для любой операции комбайна определяется по формуле:
PK = Px + 0,277-œr-g-QK-L3. (16)
Величина мощности и энергии, потребляемой электроприводом СК комплекса, определяется грузопотоком, формируемым очистным комбайном, и зависит от технологической схемы его работы.
Исследование энергетических параметров системы ОК-СК проведено при работе комбайна 4LS20 с конвейером AFC в механизированном комплексе YOU в условиях шахты «Костромовская» ООО ММК-уголь при отработке пласта 19. Условия работы и основные параметры ОК: вынимаемая мощность пласта угля h=2; сопротивляемость угля резанию А=300 кН/м; диаметр шнека 1,4; ширина захвата шнека 0,8 м; коэффициент исполнительного органа КИо=0,56; количество резцов в одной линии резания 3 шт, количество одновременного разрушающих резцов 30 шт; угол падения пласта равен нулю; мощность привода резания 2х285 кВт и привода подачи 2х60 кВт. Установленная мощность привода конвейера 1200 кВт.
Диаграммы мощности электрической энергии, потребляемой ОК и СК при работе ОК по односторонней и челноковой технологическим схемам представлены на рис. 1.
а) й м»
ж
700 600 500 400 300 200 100 0
б) н 800 v
о_
700 600 500 400 300 200 100
1 /
' 2
V 2
20 40 60 80 100
I I I I I I I I I M I I I
120 140 160
t, мин
1 / -Т
2 /
20 40 60
100 120 140 160
Рис. 1. Диаграммы мощности, потребляемой электроприводами очистного комбайна (1) и скребкового конвейера (2): а — односторонняя схема работы комбайна; б — челноковая схема работы комбайна
Электрическая энергия, потребляемая конвейером за сутки, при односторонней технологической работе, определяется из диаграмм рис.1 по уравнению:
^сут.О = [0,5РХ(*В + ^ЗЧ) + "Ь0,5РМ2^ЗЧ + ^ЗР*:ЗР]тСМпСМ*:ЦО,
где РМ1, РМ2 - максимальные мощности электропривода конвейера при длине его загрузки Ь3=ЬК для операций выемки угля и зачистки машинной дороги определяются по формуле (4); РЗР - средневзвешенная мощность электропривода конвейера при зарубке; ТСМ - длительность рабочей смены, ч; пСМ - число рабочих смен в сутки; *;цО = + ^зч + ^зр - длительность цикла выемки полосы угля.
Энергия, потребляемая конвейером за сутки, при челноковой схеме работы комбайна определяется по формуле:
^СУТ.Ч = °5(РМ1 + РХ)(^В1 +^В2) + ^ЗР1 " ^ЗР1 + ^ЗР2 ■tЗР2, (17)
где Р3Р1, Р3Р2 - средневзвешенные мощности, потребляемые электроприводом конвейера при зарубке на концах лавы, кВт.
По разработанной методике получены зависимости удельного расхода электрической энергии системы ОК-СК от длины лавы и технологической схемы работы комбайна, представленные на рис.2.
^ 3
1,5
1 0,5 0
150 200 250 300 350 400 450 500 550
м
Рис. 2. Зависимости удельного расхода электрической энергии очистного комбайна (1,2) и системы очистной комбайн-скребковый конвейер (3,4) от длины лавы,
при односторонней (1,3) и челноковой (2,4) схеме работы комбайна
Анализ данных рис. 2 показал, что с увеличением длины лавы от 200 м до 500 м удельный расход энергии ОК постоянен при односторонней схеме работы комбайна и равен 1,1 кВт ч/т. При челноковой схеме работы ОК с увеличением длины лавы от 200 м до 300 м удельный расход ОК снижается от 1,07 до 1,0 кВт ч/т и далее постоянен. Удельный расход электрической энергии системой ОК-СК с увеличением длины лавы от 200 м до 500 м увеличивается от 1,7 до 2,5 кВт ч/т при односторонней схеме работы ОК и от 1,6 до 2,2 кВт ч /т при челноковой схеме работы ОК. Рост удельного расхода энергии системы ОК-СК обусловлен ростом потребляемой электрической энергии СК на транспортировку угля с увеличением длины лавы. Применение челноковой схемы работы ОК в механизированном комплексе позволяет снизить удельный расход электрической энергии системой ОК-СК на 9,1% по сравнению с односторонней схемой.
Список литературы
1. Захарова А.Г. Закономерности электропотребления на угольных шахтах Кузбасса. Кемерово: Издательство КузГТУ, 2002. 198 с.
2. Плотников В.В. Вывод формулы для расчета производительности очистных комбайнов со штрековым, барабанным или корончатым исполнительным органом / Уголь. 2009. №9. С. 47-55.
3. Кибрик И.С. К вопросу повышения эксплуатационной надежности привода забойных скребковых конвейеров // Уголь. 2016. № 8. С. 96-97.
295
I I И I I I I I I I I I I I I II I I I I II I I I I I I I I I I I I I I I I
4. Федоров Г.С., Журавлев Е.И. Расчет оптимальных энергетических параметров работы очистного комплекса в различных горно-геологических условиях на основе имитационной модели очистного комбайна // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. №12. С. 356-361.
5. Бабокин Г.И. Энергосбережение в электроприводе конвейера // Известия вузов. Горный журнал. 2002. №1. С. 122-125.
6. Ордин А.А., Метельков А.А. К вопросу об оптимизации длины к производительности комплексно-механизированного очистного забоя угольной шахты. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых // РАН. Сибирское отделение. 2013. №2. С. 100-112
7. Галкин В.И., Шешко Е.Е. Транспортные машины. М: Горная книга, МГГУ, 2010. 588 с.
8.Analysis of operation of powered longwall systems in mines of SUEK-Kuzbass / A. V. Stebnev, D. A. Zadkov, V. V. Gabov, S. G. Mukhortikov // Eurasian mining. 2017. № 2. P. 28-32. DOI: 10.17580/em.2017.02.07.
Бабокин Геннадий Иванович, д-р техн. наук, профессор, babokingi-nov@yandex.ru Россия, Москва, Национальный Исследовательский Технологический Университет «МИСиС»
RESEARCH OF ENERGY PARAMETERS OF THE CLEANER COMBINE-SCRAPER
CONVEYOR SYSTEM
G.I. Babokin
The method of calculating the electricity consumed and its specific consumption by the system of cleaning combine-scraper conveyor is presented when working in a highperformance mechanized cleaning slaughter. It has been established that the specific consumption of electrical energy of the cleaning harvester-scraper conveyor system decreases by 9.1% when the combine works on the shuttle technological scheme, in comparison with the one-way scheme, and increases with the increase in the length of lava.
Key words: a cleaning combine, a scraper conveyor, electricity consumption, specific consumption, lava.
Babokin Gennady Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, babokingi-nov@,yandex. ru, Russia, Moscow, National University of Science and Technology «MISiS». '
