Разработка исполнительного органа крупного скола.

УДК 622.23.05

Авторы

Хорешок Алексей Алексеевич., д.т.н.,профессор, директор горного института Кузбасского Государственного Технического Университета имени Т. Ф. Горбачева, г. Кемерово Россия, e-mail: [e-mail]

Григорьев Алексей Анатольевич., аспирант, инженер отдела научно инновационного развития Кузбасского Государственного Технического Университета имени Т. Ф. Горбачева. Россия, тел.: [phone], e-mail: [e-mail]

Пудов Евгений Юрьевич., к.т.н., доцент, начальник отдела научно инновационного развития Кузбасского Государственного Технического Университета имени Т. Ф. Горбачева, филиал г. Прокопьевске, г. Прокопьевск, Россия, e-mail: [e-mail]

Реферат

В данной статье обозначены проблемы современной горной промышленности, отмечен возможный путь решения проблемы снижения энергозатрат выемочной машины, а также повышения крупнофракционного состава отбитой горной массы путем углубленного исследования технико-экономических характеристик очистного комбайна. Разработан и создан действующий стенд для исследований характеристик выемочной машины, которая позволяет произвести испытания макетов различных конструктивных исполнений шнеков с возможностью дальнейшей оценки их технико-экономических показателей. Проведены опытные испытания макета шнекового исполнительного органа, выявлены проблемы узкозахватной выемочной машины. Предложен путь решения проблемы низкой сортности отбитой горной породы за счет разработки перспективного исполнительного органа крупного скола.

This article presents the problems of modern mining industry, gives the possible problem solving of reducing energy consumption of the winning machine, as well as the increase of the fractional composition of broken rock mass through in-depth study of technical and economic characteristics of the shearer. The operating stand for research performance of winning machine is designed and developed, which allows you to generate tests models of various screw design with the possibility of their technical and economic parameters evaluation. The testing is being conducted by the experienced screw executive body; the problems of the narrow captured winning machine have been discovered. We suggest a way to solve the problem of low grade of broken rock mass through the development of perspective executive body of a large shear.

Ключевые слова

Шнек, очистной комбайн, стенд исследований, моделирование, удельные энергозатраты, фракционный состав, крупный скол.

Screw, shearer, research stand, modelling, specific energy consumption, breakup, large shear.

Разработка исполнительного органа крупного скола.

В настоящее время тенденция развития современной России, вопреки зарубежным санкциям, подтверждает неуклонный рост добычи твердых полезных ископаемых за счет повышения потребления энергии и сохранения экспорта. На сегодняшний день, как в России, так и во всем мире наблюдается введение ограничений по качеству производимой и ввозимой продукции.

Промышленность имеет разные варианты разработки угольных пластов, но при имеющемся уровне механизации, разработка длинными лавами становится высокопроизводительным методом и имеет перспективы развития. Для разработки угольных пластов методом «шахта-лава» используются очистные узкозахватные комбайны со шнековым исполнительным органом, так как данная машина имеет высокую производительность. Разрушение угольного массива узкозахватным очистным комбайном осуществляется при помощи шнекового исполнительного органа, что влечет за собой высокие энергозатраты, а также низкое качество фракции отбитой горной массы. Для сохранения лидирующих позиций в угольной отрасли и рынков сбыта, стоит вопрос о повышении качества отбитой горной массы, а также снижения энергозатрат на добычу.

Опираясь на вышеперечисленное, можно сделать вывод, что процесс разрушения угольного массива узкозахватным очистным комбайнам требует исследований с целью создания нового исполнительного органа.

Для определения эксплуатационных показателей шнекового исполнительного органа нами был спроектирован и создан стенд исследований, который моделирует процесс разрушения угольного массива (рис 1). Стенд оснащен оборудованием, которое позволяет получить вольт-амперные характеристики приводов резания и подачи, что положительно сказывается на количественной оценке энергозатрат при разрушении тем или иным смоделированным исполнительным органом.

Рис. 1. Стенд исследований. 1-верхняя подвижная тележка, 2-опорная рама, 3-макет рабочего оборудования узкозахватного очистного комбайна, 4-привод подачи, 5-привод резания

В процессе исследования исполнительных органов для узкозахватных выемочных машин нами был рассчитан шнековый исполнительный орган согласно отраслевому стандарту [1]. В дальнейшем данный исполнительный орган был создан в масштабе 1/5, что позволило опробовать его на созданном ранее стенде исследований. В ходе серий удачных опытов удалось получить характеристики приводов подачи и резания, а также оценить фракцию отбитой массы. Отметим то, что для проведения испытания модели шнека смоделирована горная масса, физические свойства которой повторяют угольный массив. По результатам исследований данным требованиям отвечает смесь строительного гипса с мелкофракционным углем в определенных пропорциях. Также, сравнение горной массы в масштабе подтвердило низкое качество по критерию фракционности. Около 60% отбитой породы можно классифицировать как мелкий штыб. Данная информация подтверждается и реальными данными с угольных предприятий Кузбасса, работающих на пологом падении и имеющих на вооружении узкозахватные очистные комбайны со шнековым исполнительным органом. Если переложить результат на реальные процессы, то ясно, что уголь с таким содержанием является неконкурентоспособным, следовательно, сырье должно пройти процесс переработки с целью отделения мелких штыб от крупнофракционного угля, что негативно сказывается на себестоимости продукции.

Добыча угля узкозахватным комбайном – это сложный двуединый процесс, состоящий из разрушения горной породы и её погрузки. Теоретические основы процесса разрушения горных пород резцами из твёрдых сплавов при вращении исполнительного органа говорят о том, что при работе резцы образуют в массиве бороздки, размеры и взаимное расположение которых определяются глубиной резания-h, ширина равна ширине резца-b, а расстояние между центрами бороздок- t. Основным процессом при разрушении породы шнеком комбайна в угольных шахтах является скалывание. В данном случае, под скалыванием понимается периодическое отделение элементов угольного забоя [2].

На фракцию отбитой горной массы влияет множество показателей, таких как: тип и геометрия резцов, частота вращения исполнительного органа, скорость подачи комбайна, а также схема набора инструмента. При изучении данных показателей особый интерес вызывает схема набора инструмента, от которой в наибольшей степени может зависеть фракция. В стадии проектирования на шнеке определяется количество резцов, данный показатель напрямую влияет на количество линий резания. Современные комбайны применяют шнековые исполнительные органы с тремя лопастями, на которых равномерно размещены резцы (рис 2).

Рис. 2. Шнековый исполнительный орган. 1-линии резания, 2-лопасть шнека, 3-ступица шнека, 4-кутковая часть шнека

В среднем, современный комбайн в забойной части исполнительного органа имеет около 25 резцов, каждый резец проходит свою бороздку друг за другом, тем самым разрушая массив, но при этом сильно дробя его. Данный метод сопровождается сильным выделением пыли и требует дополнительных методов пылеподавления.

Проанализировав вышеперечисленное, можно сделать вывод, что узкозахватный очистной комбайн, несмотря на высокую производительность, имеет серьезные проблемы с фракционным составом отбитой горной породы. Следовательно, узкозахватная выемочная машина требует к себе модернизации и внедрении новых технологий, которые позволят повысить фракционный состав отбитой горной породы, а также снизить выделение угольной пыли.

Основным элементом модернизации должен быть подвергнут исполнительный орган, так как именно он отвечает за фракционность породы. Шнековый исполнительный орган имеет большое количество линий резания и, как ранее было замечено, это негативно влияет на фракцию. Исходя из этого, на перспективном исполнительном органе нужно снизить количество линий резания, но так, чтобы это не снизило производительность горной машины. Перспективный исполнительный орган, помимо разрушения породы, должен осуществлять и погрузку отбитой горной массы. Опираясь на данные факторы, мы предлагаем перспективно новый исполнительный орган крупного скола (рис 2).

Рис. 3. Исполнительный орган крупного скола. 1- трапециевидный диск, 2-ось свободного вращения, 3-кутковая часть исполнительного органа, 4-сторона погрузки

Исполнительный орган крупного скола, подобно шарошечному оборудованию, базируется частично на раздавливающем методе разрушения. Исполнительный орган состоит из шести конических дисков, которые расположены таким образом, что при прохождении дисков в породе образуется 6 линий резания. Каждый диск, внедряясь в породу, образует свою бороздку, а форма диска (в сечении имеющая вид трапеций) должна осуществлять отслоение породы в сторону погрузки.

На данный момент, исполнительный орган крупного скола находится в стадии масштабного моделирования для опытных испытаний на стенде исследований.

Полагаем, что разработанная модель исполнительного органа поможет решить проблему низкой сортности отбитой горной породы по фракционному составу. Повышение фракции угля повлечет за собой увеличение выручки. За счет изменения типа режущего инструмента снизится пылеобразование. Таким образом, разработанный исполнительный орган полностью отвечает современной тенденции ограничений по качеству производимой и ввозимой продукции, что придает проекту большую перспективу.

Список литературы

Список литературы:

1. Ашмарин И.П., Васильев Н.Н., Амбросов В.А. Быстрые методы статистической обработки и планирование экспериментов. JL: ЛГУ, 1975. - С.79.

2. Барон Л. И. Разрушение горных пород проходческими комбайнами. Учебное пособие. Москва: Издательство «Наука», 1968.- 209с.

3. Борисов Б.М., Пальянова Н.В. Экгардт В.И. Математическое моделирование и расчет систем управления технологическими объектами. Учебное пособие. СПб: СПГГИ (ТУ), 1996. - 46 с

4. Гухман А. А. Введение в теорию подобия. Учебное пособие. 1973, с73-80.

5..Пудов Е. Ю. Определение рациональных параметров грунторазрушающих элементов ковшей гидравлических экскаваторов, диссертация кандидата технических наук. Кузбасский Государственный Технический Университет, Кемерово 2012.

6. Сулакшин С. С. Разрушение горных пород. Учебное пособие. Томск:

Издательство Томского политехнического университета, 2009.-129с

7. Фролов А.Г. и др. Исследование новых систем и средств механизации

узкозахватной выемки полезных ископаемых. Учебное пособие. М,: Москва Наука. 1970. — 90 с.

8. Фролов А.Г. и др. Исследование новых систем и средств механизации узкозахватной выемки полезных ископаемых. М.: 1970. — 90 с.

9. Ягодкин Г.И. О влиянии механизации очистных работ на производительность труда // Научные труды. М.: ИГД им.А.А.Скочинского, 1983. -Вып.

Горноподготовительные работы являются одним из важнейших, ключевых, элементов в технологической системе шахты, определяющим эффективность угледобычи в целом. В процессе развития технология и техническое обеспечение проведения горных выработок претерпели значительные изменения и продолжают совершенствоваться. Переход к рыночным отношениям вызвал необходимость коренного преобразования в Угольногодобывающих шахтах, в соответствии с конъюнктурой рынка и мировыми достижениями в области механизации очистных, проходческих, транспортных, монтажных и других горных работ.

Таким образом, современные подготовительные выработки проводятся при помощи проходческих комбайнов, проходческих ком­плексов и в некоторых случаях буровзрывным способом. Комбайнами достигаются высокие скорости проходки и производи­тельность труда, повышаются безопасность работ и устойчивость боковых пород выработки.

На выбор способа проведения подготовительных выработок влияние оказывают горно-геологические (мощность и угол падения пласта, крепость и устойчивость боковых пород, газоносность, водообильность, склонность к внезапным выбросам угля, породы и газа) и производственно-технические (площадь сечения, протя­женность, срок службы, необходимые скорости проведения выработки) факторы.

Проведение выработок осуществляется на основе цикличной организации работ. Цикл в подгото­вительном забое - этосовокупность всех процессов и операций, выполняемых в определенном порядке в за­данный промежуток времени для обеспечения проведения забоя выработки на определенную величину. В цикл работ по проведению подготовительных выработок входят следующие основные операции: выемка и погрузка угля и породы, крепление выработки, переноска и наростка привода, датчиков и др. Из выше перечисленного можно отметить ключевые слова, как безопасность и эффиктивновность ведения проходческих работ за один цикл. Большое время уделяется (например: при переноски забойных датчиков), еже сменно приходящихся снова переносить, подвешивать по ходу подвижения груди забоя. В результате чего появляется вопрос: Но есть решение данной задачи, путем установки данных датчик на проходческом комбайне,

Дата добавления: 2015-10-13