Выбор оборудования и расчет производительности очистного механизированного комплекса

СОДЕРЖАНИЕ

АННОТАЦИЯ.. 3

СОДЕРЖАНИЕ.. 4

ВВЕДЕНИЕ.. 4

1. АНАЛИЗ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ.. 5

2. ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ.. 8

2.1 ВЫБОР ОЧИСТНОГО КОМБАЙНА. 8

2.2 ВЫБОР КОНВЕЙЕРА. 11

2.3 ВЫБОР МЕХАНИЗИРОВАННОЙ КРЕПИ.. 13

3. РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОМК.. 15

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 20

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ... 21

ВВЕДЕНИЕ

Несмотря на бурное развитие технического прогресса, подземный способ добычи угля и сегодня остается чрезвычайно сложным и трудоемким. В настоящее время его основной объем обеспечивается комбайновыми и струговыми комплексами оборудования с механизированными крепями. Первый успешный опыт промышленного применения очистных механизированных комплексов (ОМК) относится к началу семидесятых годов XX века, и до настоящего времени этот вид горной техники продолжает динамично развиваться.

Основной задачей, стоящей перед горнодобывающей промышленностью, является обеспечение прироста добычи полезных ископаемых в основном за счет повышения добычи наиболее эффективным способом на основе широкого внедрения прогрессивной технологии и горнотранспортного оборудования большой единичной мощности.

Конструктивно-технические характеристики OMK должны быть максимально адаптированы к этим условиям, отвечать требованиям безопасности и эргономики, а также обес­печивать высокий уровень механизации и автоматизации очистных работ.

1. АНАЛИЗ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

В курсовом проекте рассматривается один из добычных участков шахты. Для расчета режима работы выемочной машины необходимы данные, характеризующие технологию работы в забое, свойства разрушаемого горного массива, параметры схемы механизации работ на участке и достигнутый (или установленный) уровень нагрузки на забой.

Исходные данные:

Таблица 1

1. Мощность пласта, м	2,8
2. Мощность породных прослоев, м	0,35
3. Сопротивляемость угля резанию, кН/м	180
4. Сопротивляемость пород резанию, кН/м	250
6. Угол падения пласта, 0	4
7. Длина лавы, м	200
8. Плотность угля в массиве, т/м3	1,35

Наиболее существенное влияние на выбор типа выемочной машины и режима ее работы оказывают мощность, угол залегания и свойства пласта и составляющих его элементов, оцениваемых сопротивляемостью резанию (,,,), хрупкостью (Е), способностью угля к измельчению (), абразивностью (ρ), удельным содержанием твердых включений (), разрушаемостью массива (R), коэффициентом отжима - К_от.

Приведенная сопротивляемость резанию пласта при наличии породных прослоев определяется по формуле:

И для наших условий равна:

Значение показателя способности угля к измельчению (m_и) принимается на основе данных ситового анализа проб угля и может принимать значения m_и=0,4-1,2. Принимаем значение m_и=0,8.

Тогда значение показателя хрупкости определяется по формуле:

И равен:

Так как показатель хрупкости угля Е=1,44<2,1, то уголь является вязким.

Значение коэффициента отжима неизвестно, поэтому его среднее значение в глубине забоя на расстоянии ширины захвата (В_з=0,8 м) от кромки забоя определяем из отношения:

,

где - среднее значение коэффициента отжима на кромке забоя.

Таким образом, коэффициент отжима равен:

Показатель разрушаемости угольного пласта резанием является комплексной характеристикой пласта и определяется по следующей формуле:

, квт.ч.см/м³

квт.ч.см/м³

В таблице 2 представлена горно-геологическая, технологическая и технико-экономическая характеристика исходного угольного пласта.

Таблица 2

Параметры, показатели	Усл. обозн.	Ед.	Значение
1. Горно-геологические
1.1. Мощность: - пласта угля	Нп	м	3,3
- прослоев породы	Нпп	м	0,3
1.2. Угол падения пласта	пл	град	5
1.3. Сопротивляемость резанию:
- угля	Ау	кН/м	180
- прослоев породы	Апп	кН/м	270
- приведённая	Апр	кН/м	188
1.4. Хрупкость пласта угля	Е		1,44
1.5. Коэффициент отжима пласта на поверхности
забоя	Кот		0,78
1.6. Показатель разрушаемости угольного пласта,
приведенный	Rпр	м3	29,3
1.7. Относительная метанообильность	qп	м3/т	5
2. Технологические
2.1. Длина лавы	Lл	м	200
2.2. Схема работы комбайна	челноковая
2.3. Ширина захвата	Вз	м	0,8
2.4. Добыча угля с цикла	Vц	т	604,8
2.5. Число циклов в сутки	пц		15
2.6. Подвигание забоя в сутки	Вс	м	12
3. Технико-экономические
3.1. Суточная нагрузка на забой	Qс	т	9022,1
3.2. Количество смен по выемке в сутки	nсм	см	3
3.3. Количество рабочих в смену	Nчел	чел.	65
3.4. Производительность рабочего на выход	П	т/вых	139

2. ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

В соответствии с исходными данными по справочнику средств механизации находим необходимое оборудование для комплексной механизации процессов выемки угля, транспортирования его вдоль лавы, крепления и управления кровлей способом полного обрушения в лаве. В комплекс будут входить следующее оборудование:

- комбайн очистной Кузбасс 500Ю;

- крепь механизированная М138/4;

- конвейер шахтный скребковый КСЮ381 «Юрга-850».

2.1 ВЫБОР ОЧИСТНОГО КОМБАЙНА

При выборе очистного комбайна особое внимание следует уделить исполнительному органу, так как тип исполнительного органа должен соответствовать конкретным условиям эксплуатации и обеспечивать работу в рациональных режимах.

На пластах мощностью более 1,2 м применяются комбайны со шнековыми исполнительными органами. Шнековый исполнительный орган за счет частичной отгрузки горной массы из зоны разрушения и меньшего вторичного дробления дают меньший выход штыковых фракций и имеют более низкие энергозатраты по сравнению с барабанными исполнительными органами.

Проанализировав очистные комбайны, удовлетворяющие имеющимся горно-геологическим требованиям, выберем отечественный комбайн Кузбасс 500Ю (рис. 1).

Данный комбайн производится на Юргинском машиностроительном заводе. Он способен осуществлять выемку угля в очистных забоях пологих и полого-наклонных пластов мощностью 1,6 до 4,0 м с сопротивляемостью угля резанию до 360 кН/м, имеющих породные прослойки с коэффициентом крепости по шкале Протодьяконова до 4, суммарной мощностью до 12% от вынимаемой мощности пласта в шахтах, опасных по газу и угольной пыли.

Комбайн очистной оснащен поворотными редукторами с приводами погрузочных щитов от гидромоторов, приводами подачи с муфтами предельного момента, автоматизированной системой управления, обеспечивающей поддержание заданной скорости и автоматическое ее снижение или отключение комбайна при повышении нагрузок выше допустимых. Система управления обеспечивает диагностику работы комбайна и работает в режиме местного или дистанционного (радио) управления.

Комбайн успешно работает на многих шахтах России и имеет, в основном, положительные отзывы. Причиной выбора комбайна Кузбасс 500Ю является высокие эксплуатационные показатели, довольно большая степень надежности, отсутствие проблем с комплектующими и обслуживанием, т.к. комбайн производится в РФ.

Основные параметры комбайна представлены в таблице 3.

Рис. 1. Комбайн очистной К500Ю

Таблица 3

Наименование показателей	Значения
Фирма производитель	Юргинский Машзавод (Россия)
Серия	Кузбасс
Модель	500Ю
Вынимаемая мощность пласта, м.	1,6-3,2
Угол падения пласта, град. - по простиранию - по падению	+/- 30 +/- 10
Сопротивляемость пласта резанию, кН/м	360
Производительность,	16
Исполнительный орган:	Шнековый
Диаметр исполнительного органа, мм	1400/1600/1800/2000
Ширина захвата, м	0,63; 0,8
Механизм подачи: тип	Электрический бесцепной
Скорость подачи, м/мин.	9,5
Максимальное тяговое усилие, кН.	450
Мощность электродвигателей, кВт: - установленная - привода резания - привода подачи	505 200×2 2×45
Напряжение, В	1140
Габариты, мм:
длина	13160
ширина по корпусу
Минимальная высота корпуса от почвы
Масса комбайна, т	32

Ширину захвата принимаем равной Вз=0,8 м.

Высота забоя, обрабатываемого комбайном:

;

;

Диаметр исполнительных органов определяется при двухшнековом исполнении комбайна с полным регулированием по мощности пласта по формуле:

;

Принимаем ближайшее большее значение диаметра по типоразмерному ряду: 1,6 м.

2.2 ВЫБОР КОНВЕЙЕРА

Рассчитаем техническую производительность конвейера по формуле:

;

где - ширина захвата исполнительного органа, м; - технический коэффициент, принимается 0,9; g – плотность угля в массиве, ;

т/ч

Скорость подачи комбайна с учетом ограничения по мощности привода резания:

где H_W-энергоемкость добычи угля комбайном (удельные энергозатраты).

Энергоёмкость добычи угля комбайном:

По рассчитанной производительности выбираем скребковый конвейер КСЮ381 «Юрга-850» (рис. 2). Он предназначен для транспортировки угля вдоль лавы и погрузки угля на перегружатель в очистных забоях шахт, включая опасные по пыли и газу. Наличие литых боковин из высокопрочных сталей обеспечивает повышенную износостойкость и надежность при эксплуатации. По желанию заказчика рама оснащается гидрораздвижкой с ходом до 500 мм. Рештачный став выполнен с гладким шиповым соединением по верхним днищам, что позволяет обеспечить плавную работу тягового органа и снизить шум, сделать конвейер «реверсивным», уменьшить износ тяговой цепи и скребков. Цельнолитые боковины рештаков обеспечивают высокую прочность и ресурс.

Основные параметры скребкового комбайна представлены в таблице 4.

Рис. 2. Скребковый конвейер КСЮ381 «Юрга-850»

Для перегрузки угля со скребкового конвейера на ленточный конвейер используется перегружатель. Выберем перегружатель ПС281 (рис. 3). Основные параметры перегружателя также указаны в таблице 4.

Рис. 3. Перегружатель ПС281

Таблица 4

Завод-изготовитель	Юргинский машзавод (Россия)	Юргинский машзавод (Россия)
Модель	КСЮ381 «Юрга-850»	ПС281
Назначение	Скребковый конвейер	Перегружатель
Производительность, т/ч	1200	1200
Тип цепи	30´108 34´126	2´30´108
Скорость движения цепи, м/сек	1,13; 1,28	1,33; 1,4
Суммарная мощность привода (энерговооруженность), кВт	3´400	До 250
Длина конвейера в поставке, м	До 300	До 90

2.3 ВЫБОР МЕХАНИЗИРОВАННОЙ КРЕПИ

Выберем механизированную крепь М138/4 (рис. 4) поддерживающе-оградительного типа Юргинского машзавода. Она предназначена для механизации крепления призабойного пространства, поддержания и управления кровлей, включая тяжелые по проявлению горного давления передвижки забойного конвейера при ведении очистных работ на пологих и наклонных пластах.Крепь оснащается устройствами якорения, правки, а также корректировки трассы и удержания лавного конвейера.

Основные параметры крепи представлены в таблице 5.

Рис. 4 Крепь М138/4

Таблица 5

Завод-изготовитель	Юргинский машзавод
Модель	М138/4
Доп. информация	поддерживающе-оградительная
Мощность пласта min/max, м	1,85-3,10
Допустимые углы падения пластов для работы по простиранию / падению, град.	0-30
Сопротивление секции (на передней консоли перекрытия), кН	100
Удельное сопротивление на 1м2 поддерживаемой площади, кН/м2	6300
Рабочее давление жидкости в стойке, МПа	32
Шаг установки секций, м	1,5
Шаг передвижки крепи, м	0,80
Усилие передвижки секции, кН	492
Коэффициент раздвижности	1,67
Масса секции крепи, кг	12300
Высота секции (min-max), мм	1600-3100

3. РАСЧЁТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОМК

1. Скорость подачи комбайна по ограничивающим факторам.

· по мощности привода резания – см. раздел.

· по условию транспортирования отбитой горной массы:

где – скорость движения цепи скребкового конвейера; рабочая ширина и высота желоба конвейера, м; ψ=0,9 – коэффициент использования объёма желоба;

м/мин;

· по допустимому вылету резца на исполнительном органе:

,

где - радиальный вылет забойного резца, для современных резцов =0,08, 0,1м; - коэффициент вылета резца, принимается 1,0-1,2 – для тангенциальных резцов, у которых режущие кромки вынесены вперёд за лопасть шнека в направлении скорости резания, а верхняя часть резцедержателя вписывается в борозду развала; - скорость вращения исполнительного органа, об/мин, принимается из табл.1; - число резцов в линии резания, =2, 3, 4.

м/мин;

по скорости крепления:

,

где - скорость крепления при последовательной схеме передвижки крепи и устойчивых боковых породах, м/мин, принимается (для крепей III поколения при при дистанционном электрогидравлическом управлении принимаем до 6 м/мин); - коэффициент, учитывающий схему передвижки крепи, при последовательной схеме передвижки принимаем=1; - коэффициент снижения скорости крепления с увеличением угла падения пласта, для 5º принимается равным 1.

м/мин

К расчету принимается наименьшая скорость подачи:

V_пр=6 м/мин

2. Расчёт сменного коэффициента машинного времени.

Коэффициент машинного времени - это коэффициент использования машины в течение рабочей смены. Применительно к очистному комбайну этот коэффициент может определяться, как отношение продолжительности чистого (эффективного) времени работы по выемке к длительности смены, либо как отношение длительности нахождения комбайна под нагрузкой (включая выемку и перегон) к продолжительности смены.

Для комплекса в целом под полным временем работы можно понимать продолжительность выполнения всех предусмотренных технологий выемки операций при исправном оборудовании и предусмотренном темпе выполнения работ. Однако для сопоставимости надежности различных элементов комплекса и упрощения расчетов рекомендуется наработку комбайна, конвейера и крепи измерять продолжительностью чистого времени работы комбайна по выемке.

Коэффициент машинного времени комбайна зависит от схемы выемки (односторонняя или челноковая), длины лавы, рабочей скорости подачи комбайна и скорости холостого хода (при односторонней схеме выемки).

Этот показатель может быть принят:

– по достигнутому уровню;

– по среднестатистическим данным;

– по хронометражным наблюдениям;

– на основе аналитических расчетов.

Коэффициент машинного времени определяется по формуле:

,

где -коэффициент готовности принимается равным 0,9-0,95 (, с,).

- затраты времени в течении цикла на несовмещенные маневровые операции (холостая проработка машины, перегон машины в исходное положение, зачистка лавы). Это время может приниматься по данным хронометражных наблюдений применительно к конкретному типу комбайна и технологической схеме его работы. При челноковой схеме выемки:

,м/мин

,м/мин

=0,

где - скорость комбайна по зачистке лавы, - затраты времени на концевые операции, при челноковой =0:

- время замены резцов, может быть определено по формуле:

.

,

где - время на замену резца, =1+2=3 мин (здесь - время замены резца; - время продолжительности подготовительных работ перед заменой резца), - удельный расход резцов, шт/1000т (для РО-100 - 1шт; для современных резцов типа РШ принимаем 0,45 шт.).

и - технологические и организационные перерывы за цикл, принимаются 3-5 минут.

3. Расчёт нагрузки на забой.

Расчет нагрузки на забой в конкретных горно-геологических условиях производится на основе определения минутной производительности комбайна с учетом ограничений по скорости, коэффициента машинного времени, а также по фактору проветривания.

Добыча угля за цикл:

где - вынимаемая мощность пласта (с учетом мощности породных прослойков и присечки боковых пород при выемке весьма тонких пластов), м; - ширина захвата комбайна, м; γ - плотность угля в пласте вместе с породными прослойками, т/м³;

- длина лавы, м.

Среднесуточная нагрузка на очистной забой определяется по формуле:

,

где - среднесменная нагрузка на очистной забой, т; - число добычных смен в сутки, 3.

Среднесменная нагрузка определяется по формуле:

где – продолжительность рабочей смены, 360 мин; – суммарное время подготовительных и заключительных операций соответственно в начале и конце каждой смены, принимается 20-35 минут;–сменный коэффициент машинного времени комбайна по выемке угля (без учета дополнительных простоев в конце цикла из-за ожидания окончания крепления лавы);- расчетная скорость подачи исходя из ограничивающего фактора.

Количество циклов сутки:

Полученное значение количества циклов округляют до ближайшего целого. И по нему определяют расчётную суточную нагрузку на лаву:

Допустимая нагрузка на очистной забой по фактору проветривания определяется по формуле:

где - проходное сечение струи воздуха при минимальной ширине призабойного пространства; - максимально допустимая по ПБ скорость движения воздуха в лаве, м/с (V=4 м/с); d - допустимая по ПБ концентрация метана в исходящей из лавы струе воздуха, d=1%; - коэффициент, учитывающий движение части воздуха по выработанному пространству (при управлении кровлей полным обрушением принимается равным 1,2-1,4); – относительная метанообильность лавы, м³/т; - коэффициент, характеризующий естественную дегазацию источников выделения метана в период отсутствия добычных работ (равным 0,7).

Величина нагрузки на очистной забой не должна превышать значение нагрузки рассчитанное по газовому фактору.

4. Построение планограммы работ.

Время цикла составляет:

где - продолжительность смены, мин (мин); - время подготовительных операций в начале каждой смены (=10 мин); - время заключительных операций в конце каждой схемы (=10 мин); - количество циклов в смену.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения курсовой работы был произведен выбор основного технологического оборудования очистного забоя угольной шахты: подобраны очистной комбайн, лавный конвейер, перегружатель, механизированная крепь.

В результате предлагаемое оборудование, произведенное, главным образом, зарубежными заводами, было предложено заменить продукцией отечественного производителя, не уступающую ему в качестве и надежности в эксплуатации, а по некоторым характеристикам даже превосходящую. Так был выбран комбайн Кузбасс 500Ю, крепь М138/4, скребковый конвейер КСЮ381 «Юрга-850», перегружатель ПС281Ю всё оборудование – Юргинского машиностроительного завода.

Кроме того, была составлена планограмма работ.

К курсовому проекту прилагается чертёж, выполненный с помощью программного пакета AutoCAD.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Клорикьян С.Х. Справочник. Машины и оборудование для шахт и рудников. / С.Х. Клорикьян. – М.: Издательство МГГУ, 2000.

2. Семенченко А.К. Перспективы развития проходческих комбайнов. / Семенченко А.К. – Донецк.: Издательство ДНТУ, 2008.

3. Яцких В.Г.. Горные машины и комплексы. / В.Г. Яцких. – М.: Недра, 1984.