Расчет производительности проходческих щитов, темпов проходки и сооружения тоннелей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

В.И. Зайков, проф., А.В. Бугаков, студ.,

МГГУ МГГУ

Расчет производительности проходческих щитов, темпов проходки и сооружения тоннелей

Как и для других видов горных машин для проходческих щитов целесообразно рассматривать теоретическую, техническую и эксплуатационную производительность.

При этом для проведения анализа производительности необходимо рассчитывать:

♦ теоретическую производительность шита - Q, м3/мин;

♦ техническую производительность щита - Qm, м3/мин;

♦ техническую скорость проходки щита - Пт, м/час;

♦ техническую скорость проходки и сооружения тоннеля щитовым комплексом - Пик, м/час;

♦ эксплуатационную скорость проходки и сооружения тоннеля щитовым комплексом - Пэк, м/час.

При огромном разнообразии конструктивнотехнологических схем основных функциональных элементов щитов и технологических схем проходки и сооружения тоннелей и выработок данный методический подход может быть изложен только в общем виде. Для каждого конкретного типа щита требуется его развитие и конкретизация, исходя из конструктивнотехнологических схем рабочих органов и механизмов, состава и содержания технологических процессов проходки и сооружения.

Теоретическая производительность щита определяется техническими возможностями его исполнительного органа по разрушению забоя. Для щитов с фронтальным исполнительным органом:

Q = К D2ш ' V, / 4, м3/мин, (1)

где Dш - диаметр щита, м; Уп - скорость подачи исполнительного органа на забой, м/мин.

Для щитов со стреловидным исполнительным органом или с короночным:

Q = п ' Sк ' Уп, м3/мин, (2)

где Sк - площадь контакта фрезы стрелы (коронки) с забоем при рабочем ходе, м2; Уп - скорость перемещения коронки по забою, м/мин; п - количество коронок в работе.

Для щитов с экскаваторным исполнительным органом:

Q = п ' h ' В ' Ур, м3/мин, (3)

где h и В - соответственно глубина резания и ширина режущей кромки ковша исполнительного органа, м;

Ур - скорость резания, м/мин; п - число ковшей.

В приведенных выражениях Уп и Ур зависят от категории грунтов, мощности привода, конструктивных и режимных параметров исполнительного органа, типа и эффективности рабочего инструмента и др. Могут определяться по известным зависимостям при расчетах режимных параметров горных и землеройных машин.

6 і 1999

Сравнение и выбор того или иного типа щита могут быть проведены по удельным энергозатратам, которые являются одним из главных показателей эффективности оборудования:

Н„ = ^.о / Q . 60, кВтч/м3 (4)

где ^.о - мощность привода исполнительного органа, кВт; Н„ - удельные энергозатраты на разрушение, погрузку и с учетом КПД механизма, кВтч/м3.

При известных удельных энергозатратах теоретическая производительность определяется из выражения:

Q = ^.о / Н„ . 60, м3/мин. (5)

Техническая производительность Qm и техническая скорость проходки Пт щита определяются соответственно из выражений:

Qm = Q . кт . 60, м3/ч; Пт = 240 . Q . кт / Ж . D2щ, м3. (6)

где кт - коэффициент технически возможной непрерывности работы щита.

Коэффициент кт характеризует степень совершенства схемы работы щита (без учета работы защитового комплекса), а следовательно, его конструктивнокомпоновочной схемы и уровень его надежности.

кт = Т / (Т + Тво) = Т / (Т + Тко + Тмо + Тун), (7)

где Т - чистое время по разработке забоя на величину заходки (ширину кольца). Может определяться через теоретическую производительность:

Т = Ж . D2щ . В / 4Q, мин, (8)

где В - ширина заходки (кольца), м.

Тво = Тко + Тмо + Тун - соответственно время вспомогательных операций, которое складывается из времени маневровых операций, времени концевых операций и времени, которое затрачивается на устранение неисправностей.

Для щитов с фронтальным исполнительным органом Тмо = 0, для щитов со стреловидным, экскаваторным и другими перемещающимися по забою органами время Тмо может быть определено как разница времени на разработку по циклограмме Тц и времени, рассчитанного по выражению(8):

Тмо = Тц - Т (9)

Время концевых операций Тко включает время на зачистку лотка Тзач, время на передвижку щита Тпер, возможное время выдвижки защитных козырьков, рабочих площадок и других затрат времени в соответствии с циклограммой.

Время на устранение неисправностей Тун (на цикл, ширину кольца) принимается статистически или определяется через коэффициент готовности:

Тун = Тн.о / Кг - Тн.о, мин, (10)

где Тно - среднее статистическое время наработки щита на отказ за цикл, мин.

11

ц, П, Пэк Тц = £(Рк)

П = f(Рк)

К

эк

Кэк = ^Рк)

Рис.1. Характер зависимостей от времени цикла Тц, коэффициента непрерывности работы Кэк, теоретических П и эксплуатационных Пэк темпов проходки и сооружения тоннеля щитовым комплексом от контактной прочности пород Рк.

где Тхр - несовмещенное с разработкой забоя и другими операциями время на откатку вагонеток и подачу блоков обделки; Ттам - несовмещенное время тампо-нажных работ; Тпер - время передвижки щита на ширину кольца обделки; Ткр - время установки кольца обделки; Тун - время устранения отказов за цикл.

Эксплутационная производительность по проходке и сооружению тоннеля:

Пэк = 240Q . Кэк / Ж D щ, м/час,

(13)

где Кэк - коэффициент непрерывности работы в процессе эксплуатации.

Кэк = Тц / (Тц + Ттр + Ткр + Ттам + Тпер + Тун + Тэо), (14)

где Тэо - время простоев по эксплуатационноорганизационным причинам (за цикл). Эксплуатационные темпы сооружения тоннеля в смену Пэ.см и в месяц Пэ.мес:

Пэ.см = Пэ (Тсм - tм01 - tрн), м/смену (15)

Пэ.мес = Пэ.см . пс . nр.дн, м/мес, (16)

где Тсм - продолжительность смены; Трп - время регламентированного перерыва, = 0,33 час; Тм01 - время ежемесячного технического обслуживания, tм01 =

№ п/п Наименование работ Ед. изм Кол- во Время, час

1 2 3 4 5

1 Разработка забоя (включая забуривание и маневры) на величину заходки 1,0м М 1.0 1.5

2 Погрузка породы М3 20 1.2

3 Выдвижка защитных козырьков Шт 4 0.1 ц

4 Зачистка лотка М3 2.0 0.5 П

5 Монтаж кольца обделки Кольцо 1 1.1 1

6 Первичное нагнетание М3 1.75

7 Транспортирование породы м3 20

8 Передвижка комплекса на заходку М 1.0 0.25

9 Работы по наращиванию коммуникаций; доставке материалов и др. 0.55 |_

к

Тц = 4,04

Рис. 2. Планограмма цикла проходки и сооружения тоннеля диаметром 5,6м с возведением одного кольца обделки.

Таким образом, анализ коэффициента технически возможной непрерывности работы щита позволяет выявить резервы повышения его производительности.

Техническая скорость проходки и сооружения тоннеля щитовым комплексом определяется в общем виде из выражения:

Птк = 240 . Q . Ктк / К . D2ш, м/час, (11)

где Ктк - коэффициент технически возможной непрерывной работы комплекса по проходке и сооружению тоннеля.

Ктк = Тц / (Тц + Ттр + Ткр + Ттам + Тпер + Тун), (12)

= 0,5 час; псм - количество рабочих смен в сутки; пр.дн - количество рабочих дней в месяц.

На рис. 1 представлены зависимости времени цикла Тц проходки и сооружения одного кольца обделки, коэффициента Кэк, теоретических П и эксплуатационных темпов проходки Пэк от контактной прочности пород рк и в соответствии с затратами времени на операции цикла по планограмме рис. 2.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

В.И. Зайков «Проходческие щиты» М. МГГУ. 1994г.

© В.И. Зайков, А.В. Бугаков