CC BY
73
УДК 622.05.05.06
Н.С.Филиппов
ОБОСНОВАНИЕ ОПТНМАЛЬНОН СКОРОСТИ ПОДАЧИ ВЫЕМОЧНОЙ МАШИНЫ, РАССЧИТАННОЙ ПО УСТОЙЧИВОЙ МОЩНОСТИ ПРИВОДА
При выемке угля не учитывается влияние уменьшение начальных усилий резания и разность усилий резания на верхнем и нижнем шнеке на износ резцов на шнеке выемочной машины, а также неизвестна зависимость величины удельных энергозатрат на разрушение угля от его сопротивляемости резанию при определении скорости подачи комбайна
Скорость подачи выемочной машины по устойчивой мощности привода [1]
P
vn =■
уст
(1)
60 к^тву уВ3^от где Руст - устойчивая мощность привода; Им,-удельные энергозатраты на разрушение угля; тв-вынимаемая мощность пласта; Уу - плотность угля; коэффициент отжима[1]
- с
тй
В3
(2)
+ d
тв
где К’от , С, й -коэффициенты, для хрупких углей К’от =0.36, С=0.36, й =0.1; для вязких углей соответственно 0,48; 0,1; 1,0; для весьма хрупких углей-0,28; 0,05; 0,3 ; Вз - ширина захвата исполнительного органа комбайна.
Таблица 1
Параметр Значение
K’ от 0,48 0,36 0,28 0,48 0,36 0,28
С 0,1 0,075 0,05 0,1 0,36 0,05
d 1 0,8 0,63 1 0,1 0,63
тв 3 3 3 3 3 3
Б3 0,8 0,8 0,5 0,5 0,8 0,5
к /vот 0,61 0,54 0,52 0,54 0,11 0,43
Vn 4,62 5,22 5,42 8,35 10,57
В табл. 1 приведена зависимость скорости подачи выемочной машины от повышения хрупкости угля и уменьшения ширины захвата исполнительного органа выемочной машины.
Коэффициенты отжима для хрупких углей дают отжим угля 0.9, что весьма значительно отличается от отжима вязких и весьма вязких углей. Коэффициент С для хрупких углей по величине находится между значениями для весьма хрупких и вязких углей, так же как и коэффициент й.
Практика эксплуатации позволяет рекомендовать при разрушении углей значения удельной
энергоёмкости процесса разрушения для шнековых исполнительных органов = 0,5^0,8 (кВтч/т)
[1].
Значение удельной энергоёмкости процесса разрушения можно определить аналитически. При резании с открытой поверхности в установившемся режиме работы машины энергоёмкость Нк процесса разрушения горной породы определяется [1] как
• >>
Hw = 0,272 • 10
-6
(3)
где 0,272-10' -переводный коэффициент; ~^ср, сумма средних значений усилий резания на резцах; ХБ,- -площадь поперечного сечения стружки на всех резцах. Скорость подачи выемочной машины [1]
рустЛ
vn ='
60Hw кот тв В3 У у
2 ’
(4)
где П - к.п.д двигателя.
Мощность двигателя Nycnt устойчивому моменту [1]
соответствующая
N
уст-где ку,
п10
-3
ZjtpZcpi ln°,0°3
0,5
пдв
(5)
упр(1 + kü) + VAL. упр - коэффициент, учитывающий качество управления; при ручном управлении куПр = 1.1^1.15 ; ко -относительное отклонение; при вероятности безотказной работы р=0.9; ко =2; Удь=0.1^0.15 - коэффициент вариации средней
сопротивляемости резанию по длине лавы; Vge -коэффициент вариации нагрузки двигателя, определяемый с учётом величин коэффициентов вариации спектра нагрузки на исполнительном органе и коэффициентов трансформации нагрузок в приводе по высоким и низким (1-3 Гц) частотам; Пдв - частота оборотов двигателя.
Средняя площадь поперечного сечения стружки на всех резцах определяется по формуле
• Z Si = bxz л.р hi> (6)
где bK - ширина резца; zn.p - число резцов, одновременно находящихся в работе, при равномерном их распределении в линиях резания и по шагу резания, глубина резания hi определяется по зави-
симости
(
h, =
Wti
гу i komc18f10 аежF30 ßti kPZce>P---------------äo.------------W
1~ ( A(от ) - W1
ZtL Л
kPZ0e tP -U
(7)
Глубина резания после изменения положения шнеков относительно забоя
h2 = ■
kPZ 0Є tP
Zt 7
__LI komc18 f10 асж F30 Є t p
kko
W
k отс1А(от ) Wl
kPZ0
Zti
et.
"-U
(8)
где
A(om) A
0,35 b P + 0003 fk(t/h) x
U = -
komc18 f 10 °сжF3Ü e t
W_t±
P
ккотс
котс1 -коэффициент, учитывающий отжим угля верхним шнеком и влияющий на износ резцов на нём; котс -коэффициент, учитывающий отжим угля верхним шнеком и влияющий на усилие резания на верхнем шнеке; Z0 -начальное усилие резания на одиночном резце выемочной машины;
W=ЪpCOsP ; W1=tgфCOsP ; Ър -длина главной режущей кромки резца; р - угол развала сечения реза ; к(щ , кот, ка , кв - коэффициенты, учитывающие влияние на усилия резания обнажения забоя, отжима угля, угла резания и ширины
резца соответственно; в -угол наклона оси резца к направлению его подачи; ¥з00 -начальная площадь износа резца по задней грани; 0 -передний угол резца; 6=10^20 -угол трения раздробленного угля о переднюю грань резца или застойную часть ядра; Ар -сопротивляемость пласта резанию; ti -время работы выемочной машины после замены резцов; сгсж -предел прочности угля при одноосном сжатии; /=0,38^0,44-коэффициент сопротивления резанию; к - коэффициент уменьшения износа резцов; ti -время работы выемочной до изменения уставки тока на задатчике скорости подачи комбайна, которое определяется из зависимости
t i t р
i=0L+L с
Ь -длина пути резания с постоянной интенсивностью изнашивания при износе от начала стабилизации интенсивности изнашивания до износа с мм; Ьс -путь стабилизации износа; Li -длина пути реализации; г, / -экспериментальные коэффициенты; - отношение силы подачи к силе резания
на остром резце ; tp -время непрерывной работы выемочной машины до замены изношенных резцов; t -шаг резания. кр -коэффициент схемы резания, для шнековых исполнительных органов кр =1,55.
Максимальная глубина
h
Wti
k pZ -
Г CP
komc18f10 асжF30 etp
W
max
A(om)- W1\kpZcp - U1
(9)
или
h
Vti
k PZ -
k omc18f10 асж F30 Є tp
cp
W
maxi"
A(omo) W1( k pZ cp U ]j
omc1
(10)
где
U1 =
8f10? асжkomc1Fз0е
У ti tP •
'omc
n - число смен шнеков относительно забоя.
Скорость подачи выемочной машины[1]
vmax ~ hmaxni.ozл.р ’ (11)
где ni.o -число оборотов шнека.
В вышеприведенных формулах неизвестными являются следующие величины; сила резания и число резцов, одновременно находящихся в работе, при равномерном их распределении в линиях резания и по шагу резания; число оборотов шнека.
Усилие резания определяется решением системы уравнений
v = к n yy • °’272 • 10~6 ^Zcp
у max ^pfh.ojy
Hwb
PycmV
max - 2
60Hw kom m в В3 у у
omc
n
Решив систему уравнений, получим
^ % РустЬхп
^ % ср =
3600 -0,272-10 кршвВзУ уп,0
(12)
Для определения числа оборотов шнека решаем систему уравнений
160 N устр
п,о =-
м кр = % ср2 л.р К ср ■■
Р уст Ь хп
^ %ср = _ 6 2
3600 - 0,272 -10 6крт в В з У уп,0
После преобразования получим
к Л 1
г + ~ IЬхП =
2 ) Л ' 3600 • 0,272 • 10- 6кртвВз у2у160
Глубина блокированного резания
0,3133к ртвВзу2
к =------------------------гЪхП. (13)
3600ЪХП
Устойчивая мощность привода резания Р уст = N р — 0,23 N р,
(14)
где N -мощность двигателя резания.
Максимально возможное число резцов, одновременно находящихся в работе при равномерном их распределении в линиях резания и по шагу резания, не считая торцевых резцов [1]
■Ф0
(
п
В
\
Ь + ккі
■ +1
(15)
где 1 -число заходов шнека; рс -угол обхвата шнека; к -коэффициент, зависящий от физикомеханических свойств угля или породы. Для хрупких углей и породы к =1.2^ 1.4 , для вязких к =1.0^ 1.2 ; Ъ-ширина резца.
При угле П обхвата шнека число радиальных резцов, одновременно находящихся в работе, можно определить по формуле
В з 1 + Ы + к^1
г л.р = к,к+Ъ
Удельная энергоёмкость процесса разрушения угля в зависимости от глубины блокированного резания определяется по формуле [1]
Н„ = Уу0,272 • 10- 6 2 2ср
(16)
кЬ2
(17)
Предел прочности угля на сжатие [1]
10 Ар
О сж =--------------------------. (18)
сж 150
Зависимость глубины резания выемочной машины от удельной энергоёмкости процесса разрушения угля • и зависимость сопротивляемости угля резанию от удельной энергоёмкости процесса разрушения угля без учёта отжима угля приведена в табл. 2.
До сих пор определялись оптимальные параметры для выемочной машины, имеющей мощность привода для одного шнека равную 450 кВт на вязких пластах угля с пределом прочности на сжатие 5,5 Мпа, когда глубина блокированного резания показывает, при каком максимальном пределе прочности угля при одноосном сжатии, работает исполнительный орган выемочной машины, чтобы глубина резания на острых резцах была равна блокированной.
Оптимальная работа выемочной машины будет достигаться при средней скорости подачи.
Коэффициент, учитывающий отжим угля верхним шнеком и влияющий на износ резцов, определяется по формуле
котс1 1 (котн~котв) . (19)
Коэффициент, учитывающий отжим угля верхним шнеком и влияющий на усилие резания на шнеке,
котс 1 +(котн- котв) , (20)
где котн, котв -соответственно отжим угля нижним и верхним шнеками.
Время работы выемочной машины до замены положения шнеков относительно забоя
(1+к м,)1-
ь
р\ + ь
г =0 с
(21)
л. р
После окончания цикла выемки угля, необходимо поменять местами расположение шнеков или делать это после замены уставки тока на задатчиках скорости, чтобы компенсировать износ резцов на нижнем шнеке.
Продолжительность цикла работы выемочной машины до замены резцов
t р‘ = ‘/от1 (22)
Зависимость изменения скорости подачи выемочной машины и мощности двигателей резания от величины износа резцов исполнительном органе при пределе прочности угля при одноосном сжатии 5,5 Мпа, на вязких углях приведена в табл.
3.
Таблица 2
Параметр Значение
кВтч/т 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,15
И 1189,2 1189,2 1189,2 1189,2 1189,2 1189,2
ктах, м 0,051 0,059 0,071 0,09 0,12 0,23
ЛП,И 135756154 116362418 96968681 77323415 58181209 29090604
<УсЖ,Ып 9 7,76 6,46 5,15 3,87 1,94
Начальное усилие резания выемочной машины определяется формулой
7 0 =______h А(от) (23)
Р к р (W + hWi)
Таблица 3
Параметр Значение
F3 м2 0 1,66 10-5 2-10'5 4-10'5 6-10'5 8-10'5
к 1,99 1,73 1,68 1,46 1,3 1,19
vn, м/мин 2,1 2,12 2,04 2,14 1,97 1,53
Усилие резания выемочной машины перед заменой резцов на шнеке определяется по формуле
к отс ¡к А{рт)+ 2 + Жи 2
Z pi ='
где
U 2 =
к р (( + hWi)
komc18f10 °еж F
(24)
з
kko
уоте
Усилие передвижения комбайна выражается в виде краевой задачи для уравнения
dZ р dt
= D-
dZ
dy
2
dy
при краевых и начальных условиях
Яр(у1,Ц) = 2о; 2р(уЛ) = 2тах; р
—• у^”ц1л’
где Пц -число циклов работы выемочной машины до замены резцов; Ьл -длина лавы.
Решив уравнение, получим
( I-------------л
Z р = Z o exP
-vп^л Vп
2 + 4DdZP
dt і
2D
(26)
V /
где О -коэффициент, учитывающий изменение условий работы резцов комбайна.
Изменение усилий резания
Zp = ZßeXti,
(27)
где X - экспериментальный коэффициент.
Усилие резания выемочной машины подчи няется нормальному закону распределения вероятностей
Р|до(у¡,и) - х - 2р(у,г)\ =
Л Л 1 (28)
= Щр(уЛ)\- Ф[0(у1'П)\
Выводы. Скорость подачи выемочной, рассчитываемая по устойчивой мощности привода, показывает при каком пределе прочности угля
при одноосном сжатии происходит начальная скорость подачи с глубиной резания равной блокированной.
Отношение метановыделений с поверхности очистного забоя при разных скоростях подачи выемочной машины равно
(
goim в T1Vn
1 - Є
Ln Л Tivn
(29)
goim вT1Vni
- Л
1 - Є T1Vni
где £о1 -начальная удельная интенсивность выделения метана с обнажённой поверхности забоя; Т1 -постоянная времени.
Отношение метановыделений из отбитого угля при разных скоростях подачи выемочной машины равно
Г т
g(o2)S2T2
n
aL
(25) GM2
1 -
Lna
eT2Vn
g(o2)S2T2Vn1 aL
jn
- Lna eT2Vn1
(30)
где ^02 -начальная удельная интенсивность выделения метана из отбитого угля; Т2 - постоянная времени; $>2 -площадь поверхности отбитого уг-
ля.
Зависимость отношений метановыделений с поверхности очистного забоя и отбитого угля при разных скоростях подачи от длины лавы приведена в табл.4.
При уменьшении скорости подачи уменьшается площадь фильтрации отбитого угля на конвейерах выемочного участка.
При среднем значении скорости подачи выемочной машины, уменьшается необходимая производительность средств доставки и затраты на электроэнергию.
Коэффициент эффективности равен
Ж
к э =------, (31)
Э к о Ж
где ко -начальный коэффициент уменьшения сил
Таблица 4
Параметры Показатели
Vn , м/мин 2,1 2,1 2,1 2,1
Ln 150 200 250 300
Gm1 0,658 0,60395 0,493333 0,4733333
Vn1 4,3 4,3 4,3 4,3
Gm2 0,4267 0,42666667 0,43 0,43
а
t
резания; W-суммарная мощность двигателей средств доставки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Солод В.И., Зайков В.И., Первов К.М. Горные машины и автоматизированные комплексы. -М., Недра, 1981,503с.
2. Гихман И.И., Скороходов А.В., Ядренко М.И. Теория вероятностей и математическая статистика.
- Киев, Вища школа, 1979.
3. Докукин А.В., Красников Ю.Д., Хургин З.Я. Аналитические основы динамики выемочных машин. -М., Наука, 1966.
4. Докукин А.В., Фролов А.Г., Позин Е.З. Выбор параметров выемочных машин. М., Наука, 1976.
5. Резание угля/ А.И. Берон, А.С. Казанский, Б.М. Лейбов, Е.З Позин. Под ред. А.И. Берона. -М., Госгортехиздат, 1962.
6. Свойства горных пород и методы их определения/ Е.И. Ильницкая, З.И.Тедер, Е.С. Ватолин, М.Ф. Кунтыш. Под. ред. .М.Протодьяконова. -М., Недра, 1969.
□ Автор статьи:
Филиппов Николай Сергеевич -горный инженер (шахта ”Алардинская”, г. Осинники, Кемеровская обл.)
УДК 622.271.332:624.131.537 А.С. Ташкинов, А.А Таюрский, А.Т.Мироненко ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕОМЕХАНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ В УСЛОВИЯХ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ
В последнее время, в связи с интенсивным освоением запасов полезных ископаемых открытым способом, резко возросли требования к контролю за состоянием бортов карьера, откосов уступов, что определяет необходимость своевременной корректировки углов откосов бортов и отдельных их элементов в процессе их формирования. Выбор целесообразных методов проведения геомехани-ческого контроля за устойчивым состоянием откосов зависит от конкретно поставленных задач и заключается в решении следующих вопросов:
- анализ устойчивости фактически сложившихся бортов и прибортовых массивов, районирование зоны влияния горных работ по видам возможных деформаций;
- выбор основных объектов наблюдений и оптимальных методов их проведения;
- определение объемов и сроков проведения наблюдений;
- разработка рекомендаций по организации проведения наблюдений.
В связи с этим, для обеспечения безопасного состояния бортов и прибортовых массивов требуются следующие виды наблюдений:
- систематические визуальные обследования прибортовых массивов для выявления зон и участков возможного проявления разрушающих деформаций откосов бортов и уступов;
- упрощенные инструментальные наблюдения при интенсивном развитии деформаций откосов
на отдельных участках бортов или уступах разреза;
- точные инструментальные наблюдения по профильным линиям за развитием деформаций длительного действия, протекающих в приборто-вом массиве разреза;
- съемки выполаживания откосов при их осыпании;
- съемки с целью паспортизации проявившихся оползней и обрушений уступов;
- систематический маркшейдерский контроль за соблюдением проектных параметров откосов уступов.
Эти работы выполняются посредством организации маркшейдерских визуальных и инструментальных наблюдений, которые являются основой при оценке и прогнозе устойчивого состояния бортов карьера, откосов уступов и отвалов в процессе эксплуатации. Они позволяют получить необходимую информацию об устойчивом состоянии массивов горных пород в откосах бортах и отвалов. Также по результатам наблюдений и инженерно-геологической оценки условий устойчивости прибортовых массивов составляется прогноз развития деформаций во времени с целью определения критических величин смещений пород горного массива.
Задачи маркшейдерской службы при контроле за устойчивым состоянием откосов и приборто-вых массивов состоят в следующем:
