Обоснование структуры и параметров универсальной базы для автоматизированных очистных комплексов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

--------------------------------------- © Л.И. Кантович, И.Л. Пастоев,

2005

УДК 622.232.8

Л.И. Кантович, И.Л. Пастоев

ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ПАРАМЕТРОВ УНИВЕРСАЛЬНОЙ БАЗЫ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ОЧИСТНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Семинар № 16

Я а сегодняшний день основным средством механизации в очистном забое являются узкозахватные механизированные комплексы. Они прошли большой путь эволюции. Создано значительное количество типов комплексов для различных горно-геологических условий угольных пластов. Они способны обеспечить значительную нагрузку на забой и продолжают совершенствоваться.

Это совершенствование осуществляется по двум направлениям: повышение надежности их работы и автоматизация процессов управления машинами. В первом направлении достигнуты значительные результаты. Многие комплексы отрабатывают по несколько выемочных столбов без выдачи металлоконструкций на поверхность. В эксплуатацию внедрены крепи четвертого поколения, в которых в большой степени решены вопросы взаимодействия с кровлей, значительно увеличена сопротивляемость секций и срок службы гидрооборудования. Коэффициент машинного времени у комплексов нового поколения достигает величины 0,5 [1].

Автоматизация же комплексов встретила на своем пути значительные трудности. Вместе с тем специалисты отмечают

[2], что автоматизация и, в частности, дистанционное управление машинами комплекса позволяет повысить показатели работы комплекса в 1,3 - 1,5 раза, сократить объем тяжелого физического труда, повысить надежность работы оборудования и его ресурс. В настоящее время успешно

применяется дистанционное управление передвижением секций крепи с пульта, расположенного на соседней секции. Причем все операции по передвижению секций могут осуществляться в автоматическом режиме, что повышает скорость крепления забоя. Разработаны средства управления очистным комбайном на расстоянии. Однако применяемые средства проблему автоматизации комплексов решают частично, поскольку они обусловливают обязательное присутствие оператора в забое.

Вместе с тем конечной целью автоматизации очистных комплексов является автоматизация всех технологических процессов в забое, в том числе и процесса передвижения комплекса по угольному пласту, что позволило бы осуществлять выемку угля без присутствия людей в забое.

Широкому применению средств автоматизации в комплексах препятствует ряд серьезных недостатков, заложенных в их структуре. Дело в том, что очистные комплексы исторически создавались под ручное управление, под обязательное присутствие оператора в забое. Традиционно сложившаяся структура комплекса, схема работы значительно усложняют автоматизацию процесса его передвижения. Последовательная передвижка секций крепи вслед за комбайном приводит к сосредоточению в одной зоне процессов выемки угля и крепления забоя, что ухудшает условия работы крепи, а скорость крепления забоя ограничивает скорость подачи

комбайна. Наличие концевых операций на флангах забоя значительно усложняет процесс передвижения комплекса и снижает его производительность. Волновая передвижка конвейера затрудняет подачу комбайна и усложняет систему автоматизации.

Структура очистного комплекса определяет взаимодействие

функциональных машин и способ его вождения в плоскости пласта. Ведущим звеном в комплексе является механизированная крепь, а остальные машины являются ведомыми звеньями

[3].Эта особенность современных очистных комплексов обусловливает способ их вождения по угольному пласту. Чтобы забросить фланг комплекса относительно одного из штреков, вручную выставляются в заданном порядке секции крепи, а затем выталкивается забойный конвейер на полный рабочий ход гидроцилиндров, при этом конвейер занимает положение, которое определила ему механизированная крепь. Для обеспечения направленного передвижения комплекса, необходимо управлять движением его задающего звена, т.е. механизированной крепи. В связи с тем, что крепь в своем составе имеет десятки и сотни секций, которые имеют свой привод передвижения, задача автоматизации направленного движения комплекса является технически весьма сложной. В этом направлении разрабатывались различные проекты, ©анвршинотшжрименениетрпйоташм-плексов в конечном итоге нацелено на повышение технической производительности и приближение ее к теоретической. Схема работы комплекса предусматривает непроизводительные затраты времени, в частности на концевые операции. Их средствами автоматизации и повышением надежности оборудования исключить невозможно. Для этого необ-

ходимо менять структуру комплекса и схему его работы.

Наиболее наглядным примером этому являются очистные агрегаты, в схеме работы которых отсутствуют концевые операции, а техническая производительность близка к теоретической.

При дальнейшем развитии очистных комплексов предполагается [1] перейти к фронтальной схеме передвижения забойного конвейера, применению двух очистных комбайнов с односторонним расположением рабочего органа и выводом его на штрек при зарубке на новую дорожку. Предполагается также применять механизированную крепь, состоящую из линейных секций, подтянутых в исходном положении к забойному конвейеру и передвигаемых групповым способом. По сути, такой комплекс приобретает структуру очистного агрегата со всеми вытекающими возможностями.

Автоматизация процесса передвижения комплекса по пласту полезного ископаемого возможна при условии его достаточной управляемости. Механизированные комплексы при ручном управлении операторами, находящимися в забое, достаточно управляемы. Вместе с тем, как показывает опыт создания автоматизированных агрегатов, при выводе оператора из забоя, управляемость комплекса становится весьма острой проблемой. Исследованиями установлено [4], что для управляемого передвижения комплекса или агрегата по угольному пласту в их структуре необходимо иметь функциональный элемент, обеспечивающий направленность движения комплекса, как в плоскости пласта, так и по его гипсометрии. Таким структурным элементом является база, под которой следует понимать совокупность конструктивно увязанных и одновременно передвигаемых на забой элементов, обеспечивающих направленность передвижения комплекса по пласту.

Состав базы для автоматизированного комплекса: 1 - балка; 2 -опорный элемент; 3 - гидроцилиндр механизма управления по гипсометрии пласта; 4 - управляющая линейка системы поддержания прямолинейности; 5 - линейная секция крепи

В современных механизированных комплексах такой структурный элемент отсутствует, и нет сборочной единицы, к которой бы можно было предъявить требования по обеспечению управляемости последних.

Предлагается в автоматизированных комплексах применять базу как самостоятельную сборочную единицу с характеристиками, обеспечивающими их управляемость при работе без присутствия людей в забое. База имеет сложный состав. Обязательными элементами ее являются проложенная по лаве балка и конструктивно связанные с ней опорные элементы. В качестве балки целесообразно использовать став забойного конвейера. Балка базы обеспечивает направленность движения комплекса в плоскости пласта, задает необходимую линию забоя и положение комплекса относительно штреков. Опорные элементы необходимы для обеспечения статической устойчивости базы и выемочной машины при управлении комплексом по гипсометрии пласта. В качестве опорных элементов можно использовать узкие (шириной « 250 мм) основания крепи, шарнирно связанные со ставом конвейера.

Примерный состав базы для автоматизированного комплекса показан на рисунке.

На рис. а показана схема базы в плоскости пласта, а на рис. б схема базы

в профиле пласта. Номера позиций на обеих схемах совпадают.

База здесь выступает как самостоятельная сборочная единица, к которой можно предъявить требования по обеспечению управляемости комплекса, как в плоскости пласта, так и по его гипсометрии. Забойный конвейер для комплекса, конечно, выбирается, прежде всего, как транспортное средство по забою, но к нему предъявляются дополнительные требования как к балке базы. Опорные элементы рассредоточены по всей лаве, расставлены с шагом, равным длине секции конвейера, и шарнирно соединены с последним. Такая структура базы обладает свойством универсальности. На ее основе можно комплектовать комплексы, предназначенные для различных горно-геологических условий. Механизированная крепь выбирается, исходя из горно-геологических условий: мощности пласта, характеристик боковых пород и т.д. Линейные секции крепи 5 расставляются между опорными элементами и соединяются с ними через гидроцилиндры передвижения. К этим секциям предъявляются дополнительные

требования: их основания должны быть уже на ширину опорных элементов и иметь гидропатроны для прижатия последних к почве в процессе передвижения базы. С помощью этих же гидропатронов секции крепи приподнимаются над почвой в процессе подтягивания к конвейеру, что значительно уменьшает нагрузку на гидроцилиндры передвижения и облегчает задачу групповой передвижки крепи при дистанционном управлении со штрека. Уменьшение ширины оснований линейных секций не изменит величину давления секции на почву, поскольку в передаче давления на почву будет участвовать и площадь опорных элементов.

Выемочная машина выбирается из условий расчетной производительности, свойств и параметров забоя и схемы работы. Параметр выемочной машины по производительности должен быть согласован с производительностью забойного конвейера.

Из представленной структуры комплекса видно, что база в нем является структурообразующим звеном, а функциональные машины навесным оборудованием

Поскольку база комплекса в процессе его передвижения по пласту является задающим звеном, то для управления комплексом достаточно будет управлять движением базы. Для этого база оснащается соответствующими системами управления. Для управления в плоскости пласта целесообразно применять проверенную в шахтных условиях гидравлическую следящую систему поддержания прямолинейности с управляющей линейкой (рис., позиция 4). Эта система [5] в автоматическом режиме поддерживает заданную прямолинейность забойного конвейера при фронтальной его передвижке. Она также позволяет дистанционно со штрека управлять положением

комплекса в плоскости пласта, компенсировать его сползание на наклонном пласте за счет автоматического забрасывания сползающего фланга и разворачивать комплекс при переводе его в другой забой.

Система предполагает модульное построение базы. В каждый модуль входит три секции става конвейера и три секции крепи. Модули базы относительно друг друга могут изгибаться на определенный угол. За счет изменения этих углов осуществляется управление положением комплекса в плоскости пласта.

Каждый модуль базы оборудован механизмом управления комплексом по гипсометрии пласта. Этот механизм представляет собой шаговый гидропривод, исполнительный гидроцилиндр которого, показан на схеме (рис. позиция 3). Шаговый гидропривод позволяет дистанционно с пульта, расположенного на штреке, дискретно с определенным шагом (например, 50 мм) перемещать носок конвейера в вертикальной плоскости вместе с выемочной машиной относительно границы порода-уголь и тем самым осуществлять движение комплекса по пласту с минимальными потерями угля и присечками почвы. При наличии работоспособных датчиков границы «порода-уголь» шаговые гидропривода могут служить исполнительными механизмами в автоматической системе вождения комплекса по гипсометрии пласта.

Таким образом, предлагаемая структура базы позволяет рассматривать ее как самостоятельную сборочную единицу, к которой можно предъявить технические требования по управляемости комплекса и которую можно оснастить всеми необходимыми средствами вождения последнего по угольному пласту. Применение такой базы позволит комплектовать автоматизированные комплексы для различных горно-геологи-ческих условий

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мышляев Б. К. О направлениях развития техники и технологии очистных работ на шахтах РФ. Уголь. № 4. 1999.

2. Виленкин Е. С. Система электрогидравличе-ского управления для механизированных крепей. Уголь. № 10. 1999.

3. Фролов Б. А., Клишин В. И., Верин В. С. Методы повышения адаптации механизированных крепей. - Новосибирск: Наука. 1983.

4. Пастоев И. Л. Структура и функции системы передвижения очистного агрегата по пласту полезного ископаемого. Изв. Вузов. Горный журнал. № 11. 1985.

5. Пастоев ИЛ. Научные положения создания системы управления комплексом или агрегатом в плоскости пласта и их практическое подтверждение. "Научн.тр.под ред.А.С. Бурчакова.— ■М.: МГИ, 1979. - С. 9-13.

— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------------

Кантович Л.И. - профессор, заведующий кафедрой,

Пастоев ИЛ. - профессор,

кафедра «Горные машины и оборудование», Московский государственный горный университет.

---------------------------------------- © К.И. Шахова, О.Н. Шагарова,

2005

УДК 622.232:62

К.И. Шахова, О.Н. Шагарова

ПОЛУЧЕНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ КВАРЦЕВЫХ ПЕСКОВ ПРИ ОБРАБОТКЕ ИМПУЛЬСНЫМ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ

Семинар № 16

~П опрос выпуска качественных кварцевых песков в настоящее время является актуальной задачей. Чтобы решить эту задачу необходимо предложить технологии переработки основного полезного ископаемого и условия повышения долговечности оборудования,

обеспечивающего переработку песка.

Основные проблемы, возникающие при производстве обогащенных кварцевых песков:

1. Необходимость обеспечения высокой (близкой к 100 %) степени извлечения вредных примесей

2. Высокая абразивность продукта, связанная с его большой твердостью, приводящая к ускоренному износу оборудо-