Recommended
More Related Content
Similar to «Обґрунтування технологічних параметрів виймання тонких пластів для умов ПрАТ ДТЕК «Павлоградвугілля»
Similar to «Обґрунтування технологічних параметрів виймання тонких пластів для умов ПрАТ ДТЕК «Павлоградвугілля» (20)
Recently uploaded
«Обґрунтування технологічних параметрів виймання тонких пластів для умов ПрАТ ДТЕК «Павлоградвугілля»
- 1. 3 РЕФЕРАТ Структура і обсяг роботи. Робота складається зі вступу, 3 розділів, висновків та переліку використаних літературних джерел із 62 найменувань, 10 рисунків, 30 таблиць; загальний обсяг – 88 сторінок. Мета дослідження. Метою роботи є обґрунтування технологічних параметрів виймання тонких пластів за рахунок раціонального вибору очисного обладнання. Об’єкт дослідження – процеси розробки тонких вугільних пластів Дніпропетровської областей механізованим способом. Предмет дослідження – технологічні параметри розробки вугільних родовищ. Наукове значення роботи полягає у встановленні закономірностей формування рівня продуктивності комплексних механізованих вибоїв, що дозволило обґрунтуватикритерії оцінки ефективності очисного обладнання у залежності від умов експлуатації. Практичне значення одержаних результатів: 1. Розроблено методику вибору очисного обладнання у відповідності до умов експлуатації. 2. Обґрунтовано кількісні параметри та характеристики для вибору очисного обладнання. 3. Запропоновано класифікацію очисного обладнання за корисною роботою, енергетичними витратами, ефективністю процесу видобування, що дозволило оптимізувати процес вибору очисного обладнання у відповідності до гірничо-геологічних умов. Ключові слова: очисне обладнання, область застосування, статистичний аналіз, технологічні параметри, оптимізація, мережа.
- 2. 4 ЗМІСТ РЕФЕРАТ ........................................................................................................3 ЗМІСТ ..............................................................................................................4 ВСТУП ............................................................................................................6 1 АНАЛІЗ ДОСЛІДЖЕНЬ ПРИСВЯЧЕНИХ ВИВЧЕННЮ ПРОБЛЕМ ЕФЕКТИВНОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ГІРНИЧО-ШАХТНОГО ОБЛАДНАННЯ . 9 1.1 Аналіз ефективності роботи вугледобувних підприємств України ........9 1.2 Огляд існуючих методик вибору засобів механізації очисного вибою 14 1.2.1 Загальна характеристика ................................................................. 14 1.2.2 Методики які базуються на визначенні раціонального режиму роботи очисного комбайну...................................................................... 15 1.2.3 Методика вибору очисного механізованого комплексу у відповідності до умов експлуатації ......................................................... 18 1.2.4 Альтернативні засоби вибору забійного обладнання ...................... 19 1.3 Аналіз праць присвячених дослідженню впливу технологічних параметрів на продуктивність очисного вибою ......................................... 22 1.4 Висновки, мета та завдання дослідження ............................................. 24 2 ОЦІНКА ОБЛАСТІ РАЦІОНАЛЬНОГО ВИКОРИСТАННЯ ОЧИСНОГО ОБЛАДНАННЯ У ВІДПОВІДНОСТІ ДО УМОВ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ............ 27 2.1 Оцінка рівня взаємозв’язку обладнання на основі критерію бажаності Харрингтона ............................................................................................... 27 2.2 Розробка кількісної оцінки ефективності процесу руйнування вугілля механізованим способом ............................................................................ 30 2.3 Дослідження раціональної області застосування очисних комбайнів .. 37
- 3. 5 2.4 Дослідження раціональної області застосування механізованих кріплень ..................................................................................................................... 47 2.5 Дослідження раціональної області застосування забійних конвеєрів ... 51 2.6 Обґрунтування технологічних параметрів виймання тонких пластів ... 53 Висновки за розділом ................................................................................. 58 3 ОБҐРУНТУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ВИЙМАННЯ ТОНКИХ ПЛАСТІВ ДЛЯ УМОВ ПРАТ ДТЕК «ПАВЛОГРАДВУГІЛЛЯ» . 60 3.1 Раціоналізація параметрів експлуатації технологічних схем очисного обладнання .................................................................................................. 60 3.2 Методичні рекомендації з вибору обладнання ..................................... 66 3.3 Розрахунок очікуваного економічного ефекту від запровадження рекомендацій .............................................................................................. 69 3.4 Охорона праці ....................................................................................... 72 3.4.1 Шкідливі фактори процесу видобування вугілля ............................ 72 3.4.2 Заходи по боротьбі зі шкідливими чинниками процесу видобування вугілля ...................................................................................................... 73 3.4.3 Положення Правил безпеки щодо ведення очисних робіт .............. 74 3.4.4 Заходи по мінімізації шкідливого впливу на навколишнє середовище .................................................................................................................. 76 Висновки за розділом ................................................................................. 77 ВИСНОВКИ .................................................................................................. 79 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ........................................................ 81
- 4. 6 ВСТУП Актуальність теми. Сучасний рівень господарювання гірничих підприємств поставив ряд завдань, серед яких підвищення конкурентоспроможності в кризових умовах, зниження витрат на виробництво при підвищенні продуктивності, забезпечення безпеки робіт при одночасному підвищення добового навантаження на очисний вибій. За період з 1991 по 2014 рік вуглевидобувна галузь України зменшила виробничі потужності в 2,7 рази з 191 млн т/рік до 65млн т/рік. Аналіз статистичних даних за 1996–2011 рр. показує, що щорічні темпи скорочення кількості комплексних механізованих вибоїв (КМВ) становить 7,1%. При цьому темпи впровадження нового обладнання 7% на рік, таким чином можна стверджувати, що темпи технічного переоснащення очисних вибоїв недостатні. Таким чином резервом підвищення добового навантаження на вибій є обґрунтування раціональних параметрів експлуатації у відповідності до гірничо-геологічних умов. Таким чином, встановлення закономірностей формування рівня продуктивності комплексних механізованих вибоїв, що дозволить обґрунтувати критерії оцінки ефективності очисного обладнання у залежності від умов експлуатації є актуальною науковою задачею. Мета і завдання дослідження. Метою роботи є обґрунтування технологічних параметрів виймання тонких пластів за рахунок раціонального вибору очисного обладнання. Для досягнення поставленої мети у роботі сформульовані наступні завдання дослідження: - виконати аналіз стану питання щодо впливу умов застосування, параметрів експлуатації гірничого обладнання на продуктивність комплексних механізованих вибоїв; - розробити кількісну оцінку ефективності застосування обладнання у відповідності до заданих умов експлуатації;
- 5. 7 - виконати дослідження показників роботи очисного обладнання та спів ставити кінцевий рівень продуктивності з кількісними оцінками; - дослідити рівень надійності технологічних ланцюжків очисного обладнання для найпоширеніших механізованих комплексів. Ідея роботи полягає у оцінці ефективності та раціоналізації параметрів експлуатації технологічних ланцюжків гірничого обладнання до заданих умов виймальної дільниці. Об’єкт дослідження – процеси розробки вугільних пластів Донецької та Дніпропетровської областей механізованим способом. Предмет дослідження – технологічні параметри розробки вугільних родовищ. Методи дослідження. Для вирішення поставлених задач в роботі був використаний комплексний метод досліджень, який включає аналіз науково- технічних та проектно-конструкторських робіт, щодо дослідження: впливу умов експлуатації на рівень продуктивності, засобів підвищення техніко- економічних показників; статистичний аналіз показників очисних вибоїв для визначення раціональних умов функціонування очисного обладнання, встановлення пріоритетних керуючих факторів, які формують рівень продуктивності; застосування методів експертної оцінки для вибору структури видобувного комплексу. Наукова новизна одержаних результатів: - вперше встановлено кореляційні зв’язки між продуктивністю і технологічними параметрами обладнання та отримано кількісні показники ефективності для найпоширеніших механізованих комплексів на шахтах Донбасу; - вперше розроблено кількісну оцінку обладнання в складі комплексного механізованого вибою, яка дозволяє оцінити та підвищити надійність технологічної схеми експлуатації вугільного родовища за рахунок раціоналізації параметрів розробки, які відображають співвідношення функціональних взаємозв’язків між типами очисного.
- 6. 8 Наукове значення роботи полягає встановленні закономірностей формування рівня продуктивності комплексних механізованих вибоїв, що дозволило обґрунтуватикритерії оцінки ефективності очисного обладнання у залежності від умов експлуатації. Практичне значення одержаних результатів: 1. Розроблено методику вибору очисного обладнання у відповідності до умов експлуатації. 2. Обґрунтовано кількісні параметри та характеристики для вибору очисного обладнання. 3. Запропоновано класифікацію очисного обладнання за корисною роботою, енергетичними витратами, ефективністю процесу видобування, що дозволило оптимізувати процес вибору очисного обладнання у відповідності до гірничо-геологічних умов.
- 7. 9 1 АНАЛІЗ ДОСЛІДЖЕНЬ ПРИСВЯЧЕНИХ ВИВЧЕННЮ ПРОБЛЕМ ЕФЕКТИВНОЇ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ГІРНИЧО-ШАХТНОГО ОБЛАДНАННЯ 1.1 Аналіз ефективності роботи вугледобувних підприємств України Вугільна промисловість – базова галузь розвитку паливно- енергетичного комплексу України. У перерахунку на умовне паливо частка вугілля складає 65,7% в сукупному енергетичному балансі [1]. В останні десятиліття частка вугілля в паливно - енергетичному комплексі дещо скоротилася; в 2013 році вона склала 35% загального енергетичного балансу країни. При цьому на частку вугілля припадає 45% вироблюваної електроенергії. Середньосвітовийпоказник вугілля в паливно-енергетичному балансі становить 39,6%. За даними організації Baker Tilly на частку України припадає 4% (8-й показник в світі) світових запасів вугілля, розвіданих запасів вистачить на підтримку поточного рівня видобутку протягом 390 років [2]. Якщо в структурі світових запасів енергетичних ресурсів частка вугілля становить 67%, то в Україні 94,5% [3]. Незважаючи на всі складності видобутку вугілля, все ж воно залишається незамінним в паливно-енергетичному балансі. На країни Азії припадає 65% світового споживання вугілля, США, Китай, Канада використовують вугілля в якості основного джерела для теплових електростанцій [4]. Однак не варто думати, що тільки азіатські країни використовують вугілля в якості основного джерелаенергії, в Європі також є ряд країн де на частку вугілля припадає близько 40% генерації енергії. У 2013 році дослідження, проведені World Coal Association, встановили що, частка вугілля у виробництві електроенергії в Польщі склала 88%, в Данії – 49%, в Німеччині – 42% [5]. За прогнозом World Energy Outlook [6] до 2040 року на частку вугілля припадатиме 50% в світовому балансі виробництва енергії, по 13% – на газ і нафту, 14% припадатиме на гідравлічну енергію, по 5% на сонячну і вітрову. Якщо збережуться існуючі тенденції до
- 8. 10 нарощування видобутку, то до 2050 року світовий видобуток вугілля складе більше 12 млрд. тонн. На основі досліджень проведених в 2013 році інститутом економіки промисловості України [7] побудована таблиця 1.1 – в ній наведено основні показники, що характеризують загальний рівень вугледобувного підприємства (проектна потужність, обсяги річного видобутку, освоєння виробничої потужності). Таблиця 1.1 – Загальна характеристика вугледобувних підприємств України Показник Форма власності Показник по галузі в цілому державна приватна Кількість шахт з річною проектною потужністю до 0,6 млн т 44 3 47 Кількість шахт з річною проектною потужністю понад 0,6 млн т 71 21 92 Середньорічний видобуток шахтами з проектною потужністю до 0,6 млн т (тис. т) 284 200 279 Середньорічний видобуток шахтами з проектною потужністю понад 0,6 млн т (тис. т) 654 1300 801 Освоєння виробничої потужності підприємствами з проектною потужністю менше 0,6 млн т,% 27,0 0 25,5 Освоєння виробничої потужності підприємствами з проектною потужністю понад 0,6 млн т,% 59,5 100,7 58,8
- 9. 11 Аналіз табл. 1.1 свідчить про те що, державні підприємства освоюють виробничі потужності тільки на 59,5%; середньорічний видобуток на шахтах потужністю менше 0,6млн т склав 284 тис т/рік – це нижня границя при якій спостерігається неконтрольоване згортання виробничих показників. Слід зауважити, що середньорічний видобуток на шахтах (з проектною потужністю понад 0,6 млн т/рік) державної форми власності в два рази менший ніж на шахтах приватної власності. Як показало дослідження [8] між річною потужністю і собівартістю є кореляційний зв'язок:зі зростанням річної проектної потужності собівартість продукції знижується; при досягненні річного видобутку понад 600 тис. т шахта виходить на самоокупність; при річному видобутку меншим за 300 тис. т спостерігається різке підвищення собівартості тонни продукції (1800 грн/т – при річній потужності 100 тис. т/рік, 1200 грн/ т – при річних обсягах видобутку – 200 тис. т/рік). Принципова позиція даної роботиполягає в тому, що придбання нового обладнання – не є єдиною умовою виходу вугледобувної галузі з кризи, необхідно також приділити увагу раціональному вибору очисного обладнання, удосконалити технологію ведення робіт. В якості прикладу можна навести досвід експлуатації очисного обладнання на шахті «Комсомолець Донбасу» – на шахті функціонував очисний комплекс КД80 в складі механізованого кріплення КД80, очисного комбайну 1К101 і конвеєрів СП202, СП250 – продуктивність комплексу склала 3070 т./добу ; підвищення продуктивності досягалося за рахунок зменшення простоїв устаткування, скорочення часу на кінцеві операції, вдосконалення технології ведення робіт [9]. Ще один аргумент на підтримку існуючої техніки – сучасні очисні механізовані комплекси здатні функціонувати при сприятливих гірничо- геологічних умовах (потужність пласта понад 1,2, кут залягання менше 18 градусів), проте тільки 95млн т вугілля припадає на пласти зі сприятливими умовами залягання [10] при існуючих темпах видобутку даних запасів не вистачить і на 10 років, тому модернізація шахтного фонду не є єдиним
- 10. 12 рішенням, необхідно удосконалити технологію видобутку вугілля шляхом раціонального вибору вже наявного обладнання з урахуванням умов експлуатації. Провівши аналіз техніко-економічних показників роботи очисних вибоїв можна прийти до висновку, що для кожного механізованого комплексу існує раціональна область використання. Раціональна область виражається в застосовності обладнання для заданих гірничо-геологічних умов. Як показує практика – застосування сучасного обладнання є необхідною, але не достатньою умовою. Так поряд з комплексом, обладнаним кріпленням OSTROJ, комбайном МВ410Е, конвеєром СЗК190 (шахта «Благодатна») аналогічні показники були досягнуті при застосуванні комплексу обладнаного кріпленням КД80, комбайном КА200, конвеєром СП251 (шахта Самарська). Слід зазначити, що на пластах малої потужності вітчизняні комплекси показали досить високі результати, одним із прикладів є комплекс ДМ, який експлуатувався на пластах потужністю 1,08–1,60 м (середня потужність пласта 1,2 м) максимальна продуктивність склала 1698 т/добу., а середня склала 1035 т/добу. Наведемо в таблиці 1.2 порівняльний аналіз найбільш поширених комплексів. Таблиця 1.2 – Порівняльний аналіз статистичних даних роботи механізованих комплексів, які використовуються на шахтах Донбасу Механізований комплекс Потужність пласта, м Продуктивність, т/доб. мінімум максимум мінімум максимум середня Вітчизняні механізовані комплекси 1КД90 0,88 1,45 272 1055 673 2КД90 1,40 1,75 263 627 496 3КД90 1,62 2,50 342 1861 758 2КД90Т 1,07 1,70 333 2862 1011 3КД90Т 1,29 2,25 639 3181 1068 ДМ 1,08 1,60 465 1697 1035
- 11. 13 Механізований комплекс Потужність пласта, м Продуктивність, т/доб. мінімум максимум мінімум максимум середня КД80 0,95 1,36 296 1898 714 Імпортні механізовані комплекси DBT 1,04 1747 OSTROJ 1,05 1,09 2055 2299 2140 МКЮ 1,86 2,07 900 3661 2280 На основі таблиці 1.2 можна зробити припущення про те, що максимальне навантаження на очисний вибій досягається не тільки використанням сучасногообладнання і технологічних параметрів, а в більшій мірі раціональним вибором обладнання для конкретних гірничо-геологічних умов. У таблиці 1.3 наведена статистика роботи високопродуктивних очисних вибоїв. Таблиця 1.3 – Показники роботи високопродуктивних очисних вибоїв шахт Західного Донбасу Шахта Кріплення Комбайн Конвеєр Продуктивність, т/доб. Степова DBT GH800 PF3X822 1747 Степова OSTROJ МВ410Е СЗК-190 2055 Павлоградська OSTROJ МВ-444Р СЗК-222 2299 Благодатна OSTROJ МВ-410Е СЗК190/ 2067 Самарська КД-80 КА-200 СП-251 1898 Героїв Космосу КД-90 КА-80 СП-251 1619 Героїв Космосу КД-80 КА-80 СП-251 1706 З усього вищевикладеного можна зробити наступні висновки: - номенклатура гірничо-шахтного устаткування досить різноманітна (наприклад, в 26 очисних вибоях, які функціонували на шахтах Західного Донбасу, використовувалося 9 типів механізованих кріплень, 12 типів очисних комбайнів, 11 типів забійних конвеєрів); Продовження табл. 1.2
- 12. 14 - показники вітчизняних механізованих комплексів практично ідентичні, так комплекси 1МКД90, 2МКД90Т, 3МКД90Т, 3МКД90, МДМ мали середньодобове навантаження на рівні 800–1100 т/доб.; - збільшення добового навантаження на очисний вибій досягається не тільки за рахунок сприятливих технологічних параметрів (велика потужність пласта, пологе залягання пласта, довжина лави понад 200 м), а за рахунок раціонального поєднання типів очисного обладнання; - для кожного механізованого комплексу існує область використання, при якій комплекс покаже максимальні результати. На основі вищевикладеного виник ряд завдань: 1) Встановити основні критерії оцінки якості очисного обладнання. 2) Встановити вагові коефіцієнти для обраних параметрів. 3) Розробитикомплексний показник оцінки механізованого комплексу, привівши його до узагальненого безрозмірного значення. 1.2 Огляд існуючих методик вибору засобів механізації очисного вибою 1.2.1 Загальна характеристика В Україні науковим основам виборузасобів механізації очисних вибоїв присвячені роботи фахівців ДонНТУ (спільно з Дондіпровуглемаш): М.І. Стадніка, В.Г. Гуляєва, В.П. Кондрахіна, П.А. Горбатова; ДонДТУ: Г.Г. Литвинського, Гребьонкіна С.С.; НГУ: Сімановича Г.А., Бондаренко В.І., Мамайкіна О.Р.; ІФГП НАН України: В.Г. Гріньова, А.О. Хорольського. За кордоном дослідженнями в галузі механізації очисних робіт займались: Хосейні С.Х [Hoseinie S. H.], Казакідіс В.Н. [V.N. Kazakidis], М. Мишковски [Michael Myszkowski] и У. Пашедаг [Uli Paschedag], К. Краузе [K. Krauze]. На сьогоднішній день існує ряд методик та підходів до вибору засобів механізації очисного вибою. При цьому кожна з методик базується на
- 13. 15 вирішенні окремої цільової функції. Існує ряд підходів до вибору очисного обладнання: - підхід, що базується на визначенні раціонального режиму роботи очисного комбайну [11–14]; спочатку обирається комбайн після цього механізоване кріплення та конвеєр; - підхід, що базується на виборіобладнання відповідно до гірничо- геологічних умов [15]; спочатку обирається механізоване кріплення, після цього комбайн, конвеєр; - на основі порівняльних оцінок різних типів обладнання (економічні, енергетичні, експлуатаційні критерії). Кожна з запропонованих методик має ряд переваг, але усі вони мають характерні недоліки: 1) не враховують рівень взаємозв’язку обладнання в складі технологічного ланцюгу «кріплення – комбайн – конвеєр»; 2) процес виборудостатньо трудомісткий, це пояснюється великою номенклатурою гірничо- шахтного обладнання; 3) не враховують фактичний рівень видобутку обладнання в складі технологічних ланцюгів; 4) не встановлено реальний ступінь впливу технологічних параметрів: довжина вибою, потужність пласта, кут залягання на продуктивність очисного вибою для умов функціонування вибоїв Західного Донбасу. Вдосконалення технології механізованого видобутку вугілля можливе за рахунок раціонального виборукомплектацій очисного обладнання в складі технологічного ланцюгу «кріплення – комбайн – конвеєр». 1.2.2 Методики які базуються на визначенні раціонального режиму роботи очисного комбайну
- 14. 16 Дані методики базуються на основі нормативного документу «КД12.10.040-99. Вироби вугільного машинобудування. Комбайни очисні. Методика виборупараметрів і розрахунку сил різання і подачі на виконавчих органах» [16, 17]. Розробкою методики займались фахівці ДонНТУ [18–20]. Основне призначення методики полягає у визначенні робочого режиму очисногокомбайну. В якостіматематичної моделі розглядаються залежності, які характеризують ступінь впливу між продуктивністю та цільовими функціями. 𝑄Е = 𝑓 1 (𝑉П) 𝑄ПВ = 𝑓 2 (𝑉П) де 𝑄Е – експлуатаційна продуктивність, т/доб.; 𝑄ПВ – продуктивність комбайну, що встановлена тепловою характеристикою двигуна, т/доб.; 𝑉П – швидкість подачі виконавчого органу, м/хв.; В якості оптимізаційних параметрів прийняті: експлуатаційна продуктивність та рівень енерговитрат. Вони залежать від швидкості подачі, швидкостірізання, діаметру виконавчого органу, типу ріжучого інструменту. Обмежуючими факторами є відповідність кроку пересування механізованого кріплення, відповідність потужності пласта, потужність електроприводу. Раціональний режим роботи визначається за допомогою номограми. Раціональна швидкість подачі виконавчого органу є точка перетину експлуатаційної продуктивності та енергетичних характеристик приводу. Після цього на номограму наносять ряд обмежень за 𝑉𝑃у – стійкою потужністю двигуну, 𝑉 нр – за вильотом ріжучого інструменту, 𝑉 пкр – швидкістю кріплення при вибійного простору, 𝑉 пк – швидкістю конвеєру, 𝑉 м – максимальна швидкість очисного комбайну. Найменше зі значень швидкості
- 15. 17 і є раціональним. Усі характеристики можна визначити використовуючи типові методики. Більш детально процес вибору описаний в [21–23]. Спрощена методика була запропонована В.М. Хоріним [24]. Дана методика схожа з типовою, визначення робочого режиму визначається графоаналітичним методом. Раціональний режим досягається в точці перетину графіку експлуатаційної продуктивності та споживаної потужності приводу. Різниця полягає в рівнянні визначення балансу потужностей: 𝑃 = 𝑃0 + 𝑃1𝑉 ∙ 𝑉П де 𝑃0 – середня потужність двигуна при швидкості подачі 0 м/хв., кВт; 𝑃1𝑉 – приріст потужності при збільшенні швидкості подачі на 1м/хв., кВт; 𝑉П – швидкість подачі виконавчого органу, м/хв.; Значення початкової потужності визначиться за наступним виразом: 𝑃0 = 0,0025 ∙ 𝑉 p ∙ 𝑛pp η (α + β ⋅ 𝐴) де 𝑉 p – швидкість різання виконавчого органу, м/хв.; 𝑛pp – кількість одночасно ріжучих інструментів, шт.; η – ККД трансмісії; α, β – коефіцієнти, що враховують марку вугілля; 𝐴 – опір вугілля різанню, Н/мм; Подальші розрахункивиконують у відповідності з типовою методикою [20]. Більш детально з методикою можна ознайомитись з праць П.А. Горбатова, В.Г. Гуляєва, В.П. Кондрахіна [25], Дубова В.Є. [26]. Дана методика в порівнянні з типовою дещо простіша, враховує властивості вугілля, проте має ті самі недоліки що і методика викладена у розділі 1.2.2. Комплектація очисноговибою починається з вибору комбайну,
- 16. 18 який повинен відповідати гірничо-геологічним умовам, вимогам безпеки. Вслід за комбайном обирають механізоване кріплення, з варіантів що рекомендує постачальник обладнання, аналогічно конвеєр. Як видно з приведеного аналізу ні типова ні спрощена методика не враховує рівень взаємозв’язку обладнання в складі комплексу. На початковій стадії проектування існує вірогідність вибору нераціональної структури технологічного ланцюгу, тобто існуючі методики не враховують фактичний рівень вуглевидобутку від застосування тої чи іншої комплектації. 1.2.3 Методика вибору очисного механізованого комплексу у відповідності до умов експлуатації Запропонована методика [27] передбачає вибір очисного обладнання у відповідності до заданих гірничо-геологічнихумов. Обладнання яке визначає структуру комплексу є механізоване кріплення, яке обирається поетапно на основі оцінки відповідності гірничо-геологічним умовам. В якості основних параметрів при виборі механізованого кріплення виступають потужність пласта, породи покрівлі та ґрунту, кут залягання, довжина вибою, величина опускання покрівлі, міцність порід. Механізоване кріплення перевіряють за наступними параметрами: - перевірка за мінімальною та максимальною висотою, тобто «вписуємість» у простір виймальної дільниці; - за максимальним навантаженням яке здійснюють породипокрівлі на стійки механізованого кріплення; - за кутом падіння виробки; - тиском на грунт; - відповідністю кроку пересування до кроку пересування комбайну;
- 17. 19 - додатково перевіряють на трудомісткість монтажу, відповідність комплекту поставки довжині очисного вибою. Після цього визначають раціональний режим роботи очисного комбайну. Який може бути розрахований із енергетичної характеристики у відповідності до типової методики [27] або аналітично [28]. Після цього обирається конвеєр. Більш детально методика описана в працях [29–31]. Відмінність методики вибору засобів механізації у відповідності до заданих гірничо- геологічних умов полягає у наступному: - спочатку обирається механізоване кріплення, а потім очисний комбайн і конвеєр; - на відміну від методик вибору раціонального режиму очисного комбайну в даній методиці враховують тиск порід покрівлі, тиск кріплення на грунт, величину опускання порід покрівлі; - в якості додаткових обмежень приймають: обмеження за швидкістю закріплення при вибійного простору в залежності від порід покрівлі, обмеження за товщиною зрізу. Існуюча методика враховує умови експлуатації проте рівень взаємозв’язку та фактичний вуглевидобуток для різних комплектацій не розглядається. 1.2.4 Альтернативні засобивиборузабійного обладнання Як альтернатива існуючим методикам в практиці вибору гірничо- шахтного обладнання використовуються критерії, коефіцієнти, засоби імітаційного моделювання. Найбільшою популярністю користуються засоби вибору на основі порівняння обладнання за розробленими критеріями, оцінками. Так Брагін В.Є. [32] розглядає ряд параметрів, якими слід керуватися при виборіочисногообладнання серед яких, швидкість просування очисного
- 18. 20 вибою. Даний параметр може бути використаний тільки в якості експрес- аналізу, однак він не враховує ступінь взаємодії очисного обладнання. Карін В.В. [33] в якості оцінки при виборі очисного обладнання пропонує враховувати коефіцієнт зниження продуктивності, що залежить від порід покрівлі. Однак є ряд недоліків, серед яких непідтвердженість математичною моделлю, враховуються тільки породи покрівлі, а характер взаємодії обладнання не береться до уваги. Коберник А.І. [34] пропонує для оцінки рівня продуктивності використовувати спеціальні гірничо-геологічні коефіцієнти які є похідними від ділення нормативних економічних показників (продуктивність праці одного робітника в складних гірничо-геологічних умовах) і собівартість видобутку вугілля в аналогічних умовах па максимально можливий видобуток при сприятливих гірничо-геологічних умовах. Даний коефіцієнт важко використовувати на практиці, тому що умови експлуатації досить різноманітні, а для ряду комплексів в умовах Західного Донбасу відсутні сприятливі умови, необхідні для якісної оцінки. Степанов В.М. [35] вважає, що основним критерієм є надійність механізованого кріплення, при цьому необхідно враховувати і коефіцієнт готовностіочисногообладнання. Разом з тим коефіцієнт готовностіочисного обладнання розраховується на основі табличних значень і не враховує умови експлуатації. Таціенко В.П. [36] вважає, що в якості основного показника, яким слід керуватися, при виборі очисного обладнання є коефіцієнт складності підтримки виробленого простору. Даний показник є інтегральним і враховує властивості порід покрівлі з урахуванням тектонічних деформацій. Розроблений критерій не враховує технологію ведення робіт, варіативність типів очисного обладнання, яке експлуатується в складі механізованого комплексу. У роботах Морозова В.І. [37] і Клішина В.І. [38] пропонується в якості комплексного показника враховувати корисну роботу механізованого
- 19. 21 комплексу. Корисна робота механізованого комплексу витрачається на підтримання призабойного простору, пересувку секції кріплення, руйнування масиву. До недоліків показника можна віднести його кількісне значення, яке ні з чим порівнювати. Г.Г. Литвинський [39] вважає, що при порівнянні типів очисного обладнання слід керуватися не тільки величиною добової, хвилинної продуктивності, але і конструктивними параметрами. Узагальнений критерій ефективності насамперед характеризує, ціною яких витрат енергії і матеріаломісткості досягається кінцевий результат, відбитий в продуктивності очисної техніки. Поряд з перевагами є і недолік - не враховується рівень взаємозв'язку обладнання в складі комплексу. В.Н. Казакідіс [V.N. Kazakidis] [40] пропонує при оцінці можливих комплектацій очисного обладнання використовувати коефіцієнт гнучкості виробництва, тобто можливість реагування системи на зміну виробничого процесу. С. Х. Хосеініе [S. H. Hoseinie] [41] запропонував проводити оцінку очисного обладнання на основі порівняльного аналізу коефіцієнтів машинного часу. М. Мишковскій [Michael Myszkowski] [42] пропонує використовувати при оцінці очисного обладнання ряд експлуатаційних (коефіцієнт використання, коефіцієнт машинного часу), технічних (добове просування лінії очисного вибою, площа виїмки, швидкість виїмки), економічних показників (собівартість обладнання). Істотним недоліком методики є те, що на даний момент не існує нормативів для сучасного очисного обладнання. Д. Цаї [D Cai] [43] використовує для дослідження виробничогопроцесу засоби 3D моделювання, в результаті моделювання були отримані дані по продуктивності очисного забою. У дослідження відзначено, що зростання продуктивності спостерігається при збільшенні потужності пласта, довжині очисного вибою. Аналіз робіт [32–43] дозволив зробити наступні висновки:
- 20. 22 - жодна із запропонованих методик не враховує ступінь взаємозв’язку обладнання в складі технологічного ланцюгу «кріплення – комбайн – конвеєр»; - жодна з методик не враховує фактичну продуктивність від використання тої чи іншої комплектації; дослідження проведені А.О. Хорольським [44] дозволили встановити, що для кожного типу обладнання існує раціональна область експлуатації, обладнання в складі механізованого комплексу характеризується ступенем взаємозв’язку, який виражається величиною добового навантаження на вибій; - існуючі альтернативні підходи до виборуобладнання потребують великого масиву даних, ґрунтуються на лінійних залежностях продуктивності від потужності пласта та довжини вибою, що не завжди достовірно; - вибір раціональної комплектації обладнання задача великої розмірності тому може бути вирішена при використанні базових алгоритмів оптимізації. Для вирішення проблеми раціонального вибору очисного обладнання можна розробитипідхід до вибору засобів механізації очисного вибою, який базується на оцінці фактичного рівня взаємозв’язку в складі механізованого комплексу для цього можуть бути застосовані методи експертної оцінки. 1.3 Аналіз праць присвячених дослідженню впливу технологічних параметрів на продуктивність очисного вибою Навантаження на очисний вибій визначається сукупністю гірничо- геологічних та технологічних факторів. Дослідженням впливу технологічних параметрів на продуктивність механізованого комплексу займався ряд російських вчених [45, 46], присвячений ряд зарубіжних публікацій [47, 48]. В Україні дослідженню впливу технологічних параметрів на продуктивність присвяченіроботи ІФГП
- 21. 23 НАН України, Національного гірничого університету, ДонНТУ і ДонДТУ спільно з Дондіпровуглемаш. Аналіз іноземних публікацій показує, що при сприятливих гірничо- геологічних умовах збільшення довжини лави сприяє підвищенню навантаження на очиснийвибій. При збільшення довжинилави скорочується час на кінцеві операції, отже, підвищується коефіцієнт технологічності очисного обладнання. Збільшення довжини лави на 100м призведе до зниження витрат на обслуговування очисного забою,монтаж і демонтаж обладнання, скоротяться на 1000 м підготовчі виробки [49]. Однак в складних гірничо-геологічних умовах застосування високопродуктивного очисного устаткування і збільшення довжини очисного вибою не приносить бажаного результату. Збільшення навантаження на вибій досягається за рахунок інтенсифікації робіт на кінцевих ділянках, скороченні часу на кінцеві операції. Дослідження, проведені в Інституті фізики гірничих процесів НАН України [44, 50], присвячені встановленню зв'язку між потужністю пласта, довжиною очисного забою і продуктивністю. Встановлено що потужність пласта і довжина лави не в достатній мірі впливають на продуктивність очисного забою, крім технологічних параметрів розглядаються і умови залягання пласта. Дослідження проведені в Національному гірничому університеті [51, 52] в більшій мірі присвячені дослідженню рівня зв'язку між довжиною лави, потужністю пласта і питомими витратами електроенергії обладнанням [52]. В своїй роботі А.М. Кузьменко [53] проводить дослідження динаміки зміни довжини очисних вибоїв в період с 1998 по 2013рр., в роботі вказано, що за останні 5 років намітилась тенденція до збільшення кількості очисних вибоїв довжиною понад 250 м. В першу чергу це продиктовано тим, що сучасні механізовані комплекси більш надійні та безпечні, також застосування довших вибоїв скорочує капітальні витрати на будівництво. Однак дослідження проведене Інститутом фізики гірничих процесів НАН
- 22. 24 України на основі обробки статистичних за допомогою алгоритмів МГВА, встановило, що найбільш оптимальною є довжина вибою 240 – 260м [54]. Як показує аналіз робіт [49, 53] збільшення довжини очисного вибою сприяє скороченню часу на кінцеві операції, підвищенню технологічності процесу, підвищенню добового навантаження на комплекс, однак дослідження проведені ІФГП НАН Украйни [44, 50, 54] встановили, що довжина очисного вибою, потужність пласта та величина добового навантаження на вибій мало корелюються, для кожного механізованого комплексу існує раціональна область експлуатації. На основі аналізу робіт [44–54] можна сформувати актуальні наукові задачі: - дослідити вплив технологічних параметрів на продуктивність комплексного механізованого забою, який експлуатується в умовах Західного Донбасу на пластах малої потужності: - встановити раціональну область експлуатації для найбільш поширеного очисного обладнання шахт Західного Донбасу; Збільшення добового навантаження на очисний вибій багатофакторна задача, яка включає в себе пошук оптимальної комплектації обладнання, встановлення області раціональної експлуатації, вирішення питань зменшення собівартості, можливість експлуатації при несприятливих гірничо-геологічних умовах – всі ці задачі можна вирішити використовуючи методи експертної оцінки – критерій бажаності Харрингтона. 1.4 Висновки, мета та завдання дослідження Проведений аналіз встановив: 1. Незважаючи на всі спроби переоснащення комплексних механізованих вибоїв середньодобове навантаження не перевищує 874 т/доб., а підвищення навантаження досягається за рахунок зменшення кількості вибоїв з індивідуальним кріпленням і молотковим вийманням.
- 23. 25 2. Поряд з позитивними прикладами функціонування закордонних аналогів (ШУ «Покровське») є і негативні приклади (Шахта «Павлоградська»), колиіноземне обладнання має ту ж продуктивність, що і в забоях укомплектованих «морально» застарілим обладнанням (Шахта «Засядько») . 3. Гірничо-геологічні умови впливають на продуктивність, але нівелювати негативний вплив можна правильним підбором обладнання в залежності від умов експлуатації. 4. Збільшення добового навантаження на очиснийвибій досягається не тільки за рахунок сприятливих технологічних параметрів (велика потужність пласта, пологе залягання пласта, довжина лави понад 200 м), а за рахунок раціонального поєднання типів очисного обладнання. 5. При виборі очисної механізованого комплексу слід керуватися гірничо-геологічними умовами; так кріплення типу 3КД90Т показали максимальний результат при стійких породах безпосередньої покрівлі і міцних породах грунту, в цей же час для комплекс МДМ раціонально використовувати при нестійких породах нижніх шарів покрівлі та слабких породах ґрунту. 6. Існуючі альтернативні підходи до виборуобладнання потребують великого масиву даних, базуються на зв’язку продуктивності з потужністю пласта та довжиноювибою, що не завждидостовірно. Окрім цього, проблема вибору очисного обладнання ускладнена великою номенклатурою очисного обладнання, проте на практиці лише 30% типів очисного обладнання, від фактичної номенклатури, можуть забезпечити продуктивність на рівні понад 1000 т/доб. Виходячи із усього вищенаведеного була сформована мета та задачі дослідження. Метою роботи є обґрунтування технологічних параметрів виймання тонких пластів за рахунок раціонального вибору очисного обладнання.
- 24. 26 Для досягнення поставленої мети у роботі сформульовані наступні завдання дослідження: - виконати аналіз стану питання щодо впливу умов застосування, параметрів експлуатації гірничого обладнання на продуктивність комплексних механізованих вибоїв; - розробити кількісну оцінку ефективності застосування обладнання у відповідності до заданих умов експлуатації; - виконати дослідження показників роботи очисного обладнання та спів ставити кінцевий рівень продуктивності з кількісними оцінками; - дослідити рівень надійності технологічних ланцюжків очисного обладнання для найпоширеніших механізованих комплексів. Ідея роботи полягає у оцінці ефективності та раціоналізації параметрів експлуатації технологічних ланцюжків гірничого обладнання до заданих умов виймальної дільниці.
- 25. 27 2 ОЦІНКА ОБЛАСТІ РАЦІОНАЛЬНОГО ВИКОРИСТАННЯ ОЧИСНОГО ОБЛАДНАННЯ У ВІДПОВІДНОСТІ ДО УМОВ ЕКСПЛУАТАЦІЇ 2.1 Оцінка рівня взаємозв’язку обладнання на основі критерію бажаності Харрингтона Як варіант для оцінки рівня взаємозв’язку обладнання в складі комплексу вперше в гірничій промисловостізапропоновановикористовувати критерій бажаності Харрингтона [55]. Ідея полягає в тому, що оцінка механізованого комплексу виражається безрозмірною функцією бажаності, яку можна побудувати перетворенням виміряних значень «у» в безрозмірну шкалу бажаності «d». Шкала влаштована так, що найбільш кращім значенням відповідає більш висока оцінка функції бажаності. Отримане значення є характеристикою об'єкта, тобто відповідністю отриманого значення до необхідного (бажаного). Мета дослідження полягає у визначенні рівня взаємозв’язку обладнання в складі комплексу на основі критерію бажаності Харрингтона. Для цього необхідно вирішити ряд задач: - встановити для кожного типу обладнання в складі технологічного ланцюжка «кріплення-комбайн-конвеєр» параметри, що характеризують ефективність процесу; - перетворити розрахункові значення в часткові функції відгуку; - обчислити критерії бажаності для кожного типу механізованого комплексу; Основними параметрами, якими можна охарактеризувати ефективність процесу виймання є: - енергетичні витрати на виймання 1м3 вугілля, 𝑊 𝐴𝑃, кВт·год/м3; - еталонні витрати на виймання 1м3 вугілля, 𝐻𝑤𝑒, кВт·год/м3; - ефективність виймання, 𝜁еф = 𝑊 𝐴𝑃/𝐻𝑤𝑒
- 26. 28 Всі перераховані вище значення необхідно розрахувати у відповідності з [56, 57]. В таблиці 2.1. наведені еталоні значення процесу виймання. Таблиця 2.1 – Еталонні значення показників необхідних для визначення ефективності процесу виймання Показник Значення максимальне мінімальне 𝑊 𝐴𝑃, кВт·год/м3 0,11 0,57 𝐻𝑤𝑒, кВт·год/м3 0,05 0,125 𝜁еф = 𝑊 𝐴𝑃/𝐻𝑤𝑒 0,62 0,14 Після розрахунку основних параметрів процесу виймання отримані значення порівнюються з еталонними та приводяться до безрозмірного вигляду. Це реалізується наступним чином: найгіршому значенню присвоюється оцінка 0,20, а найкращому 0,80. Для переходу від виміряного значення до безрозмірного використовується наступна формула [56]: 𝑑 = exp[−exp(𝑏0 − 𝑏1𝑦) ] де d – часткова функція бажаності; 𝑦 – виміряне значення; 𝑏0, 𝑏1 – коефіцієнти, які можуть бути визначені із системи рівнянь: exp[−exp(−𝑦)] = 0,8 звідки 𝑦 = 1,51 exp[−exp(−𝑦)] = 0,2 звідки 𝑦 = −0,46 Система рівнянь, що дозволяє визначити коефіцієнти 𝑏0, 𝑏1 має вигляд:
- 27. 29 𝑏0 + 𝑏1𝑦𝑚𝑎𝑥 = 1,51 𝑏0 + 𝑏1𝑦𝑚𝑖𝑛 = −0,46 де ymax – максимальне значення; ymin – мінімальне значення; Після цього можна обчислити узагальнену функцію бажаності. 𝐷𝐺 = √∏𝑑𝑖 𝑞 𝑖=1 𝑞 де 𝑞 – кількість часткових функцій бажаності; 𝑑𝑖 – значення часткових функцій бажаності; Конструктивна оцінка механізованого кріплення проводиться у відповідність з ГОСТ 31561-2012 [58] і довідковою літературою [59, 60]; до неї пред'являється ряд вимог, які можуть бути використані в якості оцінки конструкції. В якості оцінки якості забійних конвеєрів були прийняті: питомі енерговитрати на транспортування, забезпечення пропускної здатності, максимальна продуктивність, відношення погонної маси транспортуючих частин до лінійної [61, 62]. В таблиці 2.2 наведені базові значення параметрів для визначення часткових функцій бажаності.
- 28. 30 Таблиця 2.2 – Базові значення параметрів, необхідних для визначення часткових функцій бажаності вибійного конвеєра Критерій оптимізації Значення приватних функцій бажаності Виміряне значення ресурс скребкового конвеєра, млн т 0,8 3,0 0,2 0,7 максимально можлива розрахункова годинна продуктивність, т/год. 0,8 509 0,2 300 максимальна площа поперечного перерізу для транспортування матеріалу, м 2 0,8 0,25 0,2 0,11 відношення погонної маси рухомих частин конвеєра до лінійної маси 0,8 0,65 0,2 0,24 Ефективність комплектації механізованого комплексу оцінюється узагальненим критерієм бажаності Харрингтона, який дорівнює середньо геометричному добутку часткових критеріїв бажаності кріплення, комбайна, конвеєра. Більш детально методика описана в роботах [55, 56]. 2.2 Розробка кількісної оцінки ефективності процесу руйнування вугілля механізованим способом Для раціонального виборуі встановлення типів взаємозв'язку очисного обладнання був розроблений узагальнений критерій Харрінгтона адаптований до гірської промисловості. Ідея полягає в тому, що оцінка
- 29. 31 механізованого комплексу виражається безрозмірною функцією бажаності, яку можна побудувати перетворенням виміряних значень «у» в безрозмірну шкалу бажаності «d». Шкала влаштована так, що найбільш кращого значенням відповідає більш висока оцінка функції бажаності. Отримане значення є характеристикою об'єкта, тобто відповідністю отриманого значення до необхідного (бажаного). Основною характеристикою, яка може бути використана для оцінки обладнання, є корисна робота. Корисна робота це енергія, яка витрачається обладнанням для виконання основних технологічних операцій. Вона виводиться з рівняння енергетичного балансу і включає в себе: 1) сукупність витрат на здійснення технологічних операцій; 2) зношування та деформацію; 3) враховує кінематику обладнання; Морозов В.І. в роботі [14] зазначає, що в загальному балансі корисної роботи 81% припадає на різання вугілля, 18% на транспортування вугілля, 1% на підтримку покрівлі. Як видно з наведеного аналізу найбільші витрати припадають на різання вугілля. Основними параметрами, якими можна охарактеризувати ефективність процесу виїмки є: - енергетичні витрати на виймання 1м3 вугілля, 𝑊 𝐴𝑃, кВт·год/м3; - еталонні витрати на виймання 1м3 вугілля, 𝐻𝑤𝑒, кВт·год/м3; - ефективність виймання, 𝜁еф = 𝑊 𝐴𝑃/𝐻𝑤𝑒 Корисна робота визначається з рівняння енергетичного балансу 𝐴п = 𝐴р + 𝐴об + 𝐴ид де 𝐴п - корисна робота, МДж; 𝐴р - корисна робота, що витрачається на різання, МДж;
- 30. 32 𝐴об – корисна робота комбайна по забезпеченню своїх функцій, залежить від маси і кінематики комбайна, МДж; 𝐴ид – робота, що витрачається на зношування і деформацію деталей, МДж; Залежно від конструкції очисногокомбайна і виконуваних ним функцій рівняння енергетичного балансу буде мати різний вигляд. Якщо електроенергія витрачається тільки на навантаження і руйнування масиву, то рівняння енергетичного балансу буде мати вигляд: 𝐴п = 𝐴р + 𝐴пг + 𝐴ид де 𝐴пг – робота, яка витрачається на навантаження, МДж; За аналогією з балансом робіт можна записати рівняння балансу потужностей: 𝑃п = 𝑃пг + 𝑃р + 𝑃пр + 𝑃ид де 𝑃пг – потужність, що витрачається на навантаження, кВт; 𝑃р – потужність, що витрачається на руйнування масиву, кВт; 𝑃пр – потужність, яка витрачається на переміщення комбайна, кВт; 𝑃ид – потужність, що витрачається на знос деталей, кВт; Для визначення корисноїроботи витрачається на різання, ефективності руйнування необхідно визначити потужність, затрачену на різання: 𝑃р = 𝑃п–𝑃пр–𝑃ид– 𝑃пг Сумарна потужність визначиться з виразу: 𝑃п = 𝑃уст𝐾им
- 31. 33 де 𝑃уст – стійка потужність електродвигуна, приймається по каталогу обладнання, кВт; 𝐾им – коефіцієнт використання потужності приводу; Потужність, що витрачається на навантаження вугілля: 𝑃пг = 1000𝑄ℎ𝑙𝐾ок𝐾пог𝐾тр 60 · 102 · ℎ𝑖 де 𝑄 – хвилинна продуктивність, т / хв; вона визначиться за формулою: 𝑄 = 𝐻р𝐵з𝛾пл𝑣п де 𝐻р – виймальна потужність пласта, м; 𝐵з – ширина захвату виконавчого органу, м; 𝛾пл – щільність вугілля, т/м3; 𝑣п – швидкість подачі виконавчого органу, м/хв., визначиться за формулою: 𝑣п = 30 ∙ 𝑁 ∙ 𝑛1 ∙ ηред 𝐴 ∙ 𝑘от ∙ 𝑛з ∙ 𝐷ш ∙ 𝐾в ∙ 𝐾фз ∙ 𝐾зр ∙ 𝐾𝛼 де 𝑁 – потужність приводу комбайна, кВт; 𝑛1 – кількість різців беруть участь в одній лінії різання, в залежності від типу виконавчого органу може бути 2, 3, 4 шт.; ηред – ККД редуктора; 𝐴 – опір вугілля різанню, Н/мм; 𝑘от – коефіцієнт віджиму визначиться за формулою:
- 32. 34 𝑘от = 𝑘от0 + 𝐵з 𝐻р − 0,1 𝐵з 𝐻р + 1 𝑘от0 – коефіцієнт віджиму вугілля, пропонується приймати рівним 0,45, а для вугілля марок К, Ж, ОС, Т – 0,35; 𝑛з– загальна кількість різців, що беруть участь в процесі руйнування; в більшості випадків приймається рівним половині загальної кількості різців, шт.; 𝐷ш – діаметр шнека, м; 𝐾в – коефіцієнт що враховує параметри різця, він визначається за формулою: 𝐾в = 0,35𝐵 + 0,3 де В – ширина ріжучої кромки, для різця типу ЗР4-80; В приймається 1,3 см; 𝐾фз – коефіцієнт форми різання забою, для стандартних різців приймати рівним 1,0; 𝐾зр – коефіцієнт, що враховує збільшення зусиль різання, внаслідок затуплення різального інструменту, приймається рівним 1,25; 𝐾𝛼 – коефіцієнт, що враховує збільшення сили різання в порівнянні зі стандартним ДКС, приймається у відповідності з [28]; ℎ – товщина стружки, м; 𝑙 – середня відстань навантаження вугілля, м; 𝐾ок – коефіцієнт збільшення зусилля навантаження, приймається рівним 2,5; 𝐾пог – коефіцієнт кількості вугілля навантаженого шнеком, приймається рівним 4,41; 𝐾ок – коефіцієнт тертя на переміщення вугілля, приймається 2,8;
- 33. 35 ℎ𝑖 – висота від грунту до центру навантажувального вікна, м; Потужність, що витрачається на навантаження, визначиться за формулою: 𝑃пр = 𝐹𝑣п 60 де 𝐹 – середнє сумарне тягове зусилля, що витрачається на переміщення, кН; визначиться за формулою: 𝐹 = 𝑌 𝛴 + 𝐹пг + 𝐹тр де 𝐹тр– зусилля витрачається на транспортування самого комбайна; 𝑌 𝛴 – коефіцієнт, що враховує вплив різця на переміщення, визначиться за формулою: 𝑌 𝛴 = 𝐾у 1,55 𝑛з𝑍̅нср де 𝐾у – коефіцієнт впливу кута різання; 𝑍̅нср – середнє зусилля різання, на одному різці; Зусилля, що витрачається на навантаження, визначиться за формулою: 𝐹пг = 𝑃пг 1000∙ 60 𝑣п Потужність, що втрачається комбайном при роботі, визначиться за формулою: 𝑃ид = (1–ηэл)𝑃п + (1–ηп) + (1–ηрд)𝑃р
- 34. 36 де ηэл– ККД електродвигуна; ηэл – ККД механізму подачі; ηрд – ККД редуктора; 𝑃р – загальна потужність витрачається приводом з вирахуванням потужності на переміщення і навантаження, кВт.; Після визначення потужності, що витрачається комбайном на руйнування масиву можна перейти до визначення основних характеристик очисних комбайнів, необхідних для порівняння ефективності використання. Питома корисна робота визначиться за формулою: 𝑊Ар = 0,0167𝑃р𝐾от 𝐺п де 𝐺п – об'ємна хвилинна продуктивність, визначиться за формулою: 𝐺п=𝐻р𝐵з𝑣п Обсяг енергії витрачається на видобуток 1м3 вугілля визначиться за формулою: 𝑊 Ар , = 0,067𝑃р𝐾от 𝑄 Еталонна енергоємність руйнування з урахуванням коефіцієнта віджиму, визначиться за формулою: 𝐻𝑊е = 0,00272𝐴𝐾от (2 + 2,8ℎ0,5) Ефективність руйнування 𝜁эф , визначиться за формулою:
- 35. 37 ζэф , = 𝐻𝑊е 𝑊Ар 2.3 Дослідження раціональної області застосування очисних комбайнів Всі перераховані вище значення були розраховані для найбільш популярних комбайнів, а дані зведені в таблицю. Після цього отримані значення слід порівняти з еталонним, з подальшим переведенням в приватні функції бажаності. В таблиці 2.3 наведені розрахункові дані для найбільш популярного комбайну 1К101 Таблиця 2.3 – Показники роботи комбайну 1К101 m,м Кот Vр, м/хв Gп, т/хв Q, м3/хв Рпг, кВт YΣ, кН Fпогр, кН Fтр, кН F, кН 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1,0 0,74 2,48 2,18 2,95 3,59 9,3 86,7 50,8 146,8 Рпр, кВт Рир, кВт ƞ Рид, кВт Рр, кВт WАР, кВт·ч/м3 W/ АР, МДж/т Нwe, кВт·ч/м3 ζ/ эф 6,1 83,8 0,8 26,04 57,2 0,3242 0,861 0,0932 0,2874 1,1 Кот Vр, м/хв Gп, т/хв Q, м3/хв Рпг, кВт YΣ, кН Fпогр, кН Fтр, кН F, кН 0,70 2,62 2,31 3,12 3,8 9,3 87,0 50,8 147,1 Рпр, кВт Рир, кВт ƞ Рид, кВт Рр, кВт WАР, кВт·ч/м3 W/ АР, МДж/т Нwe, кВт·ч/м3 ζ/ эф 6,43 83,3 0,8 26,07 57,2 0,29 0,77 0,0881 0,3040 1,2 Кот Vр, м/хв Gп, т/хв Q, м3/хв Рпг, кВт YΣ, кН Fпогр, кН Fтр, кН F, кН 0,69 3,49 3,35 4,52 5,31 9,3 91,3 50,8 155,9 Рпр, Рир, ƞ Рид, Рр, WАР, W/ АР, Нwe, ζ/ эф
- 36. 38 кВт кВт кВт кВт кВт·ч/м3 МДж/т кВт·ч/м3 9,07 95,62 0,8 30,64 64,98 0,204 0,80 0,0869 0,42 1,3 Кот Vр, м/хв Gп, т/хв Q, м3/хв Рпг, кВт YΣ, кН Fпогр, кН Fтр, кН F, кН 0,71 2,26 2,35 3,05 4,1 9,3 119 50,8 179,1 Рпр, кВт Рир, кВт ƞ Рид, кВт Рр, кВт WАР, кВт·ч/м3 W/ АР, МДж/т Нwe, кВт·ч/м3 ζ/ эф 6,74 81,93 0,8 26,00 57 0,2885 0,799 0,0860 0,298 1,4 Кот Vр, м/хв Gп, т/хв Q, м3/хв Рпг, кВт YΣ, кН Fпогр, кН Fтр, кН F, кН 0,65 1,98 2,21 2,98 3,6 9,3 109,1 50,8 169,2 Рпр, кВт Рир, кВт ƞ Рид, кВт Рр, кВт WАР, кВт·ч/м3 W/ АР, МДж/т Нwe, кВт·ч/м3 ζ/ эф 5,6 84,30 0,8 26,03 58,27 0,2862 0,7626 0,0932 0,286 Як видно з таблиці 2.3 для комбайну 1К101 раціональна область експлуатації знаходиться в межах потужності пласта 1,1–1,3м, далі відбувається зменшення ефективності використання очисного обладнання. Крім комбайна 1К101 на пластах малої використовувалися комбайни 1К103 і УКД200. У таблиці 2.4 наведено характеристики комбайну 1К103. Таблиця 2.4 – Показники роботи комбайну 1К103 m,м Кот Vр, м/хв Gп, т/хв Q, м3/хв Рпг, кВт YΣ, кН Fпогр, кН Fтр, кН F, кН 1,0 0,68 2,15 1,35 1,83 2,2 10,5 50,8 61,4 122,7 Рпр, кВт Рир, кВт ƞ Рид, кВт Рр, кВт WАР, кВт·ч/м3 W/ АР, МДж/т Нwe, кВт·ч/м3 ζ/ эф 4,4 69,6 0,92 29,1 40,8 0,3432 0,9096 0,0856 0,25 1,1 Кот Vр, м/хв Gп, т/хв Q, м3/хв Рпг, кВт YΣ, кН Fпогр, кН Fтр, кН F, кН 0,65 2,47 1,71 2,31 2,8 10,5 50,8 68 129,3 Рпр, кВт Рир, кВт ƞ Рид, кВт Рр, кВт WАР, кВт·ч/м3 W/ АР, МДж/т Нwe, кВт·ч/м3 ζ/ эф 5,3 68,4 0,92 29,1 39,3 0,2995 0,6635 0,0818 0,27 1,2 Кот Vр, м/хв Gп, т/хв Q, м3/хв Рпг, кВт YΣ, кН Fпогр, кН Fтр, кН F, кН 0,62 2,1 1,6 2,16 2,6 10,5 50,8 73,6 134,9 Продовження табл. 2.3
- 37. 39 Рпр, кВт Рир, кВт ƞ Рид, кВт Рр, кВт WАР, кВт·ч/м3 W/ АР, МДж/т Нwe, кВт·ч/м3 ζ/ эф 4,8 69,1 0,92 29,0 40,1 0,2595 0,6906 0,07807 0,30 1,3 Кот Vр, м/хв Gп, т/хв Q, м3/хв Рпг, кВт YΣ, кН Fпогр, кН Fтр, кН F, кН 0,66 1,74 1,8 2,44 3,0 10,5 50,8 103,4 164,7 Рпр, кВт Рир, кВт ƞ Рид, кВт Рр, кВт WАР, кВт·ч/м3 W/ АР, МДж/т Нwe, кВт·ч/м3 ζ/ эф 4,8 68,7 0,92 28,9 39,8 0,2437 0,6459 0,08311 0,34 1,4 Кот Vр, м/хв Gп, т/хв Q, м3/хв Рпг, кВт YΣ, кН Fпогр, кН Fтр, кН F, кН 0,65 1,77 2,0 2,7 2,4 10,5 50,8 82,5 143,8 Рпр, кВт Рир, кВт ƞ Рид, кВт Рр, кВт WАР, кВт·ч/м3 W/ АР, МДж/т Нwe, кВт·ч/м3 ζ/ эф 4,2 69,9 0,92 29,0 40,9 0,2220 0,5908 0,08185 0,37 Як видно з таблиці 2.4 ефективність комбайну 1К103 менша ніж у 1К101, в діапазоні потужності 1,0–1,2м, проте при потужності більше 1,2 м ефективність досить висока. З цього можна зробити висновок, що комбайн 1К101 доцільно використовувати при потужності пласта до 1,2 м, а комбайн 1К103 при потужності більше 1,2 м. У таблиці 2.5 наведені показники ефективності комбайну УКД 200. Таблиця 2.5 – Показники роботи комбайну УКД200 m,м Кот Vр, м/хв Gп, т/хв Q, м3/хв Рпг, кВт YΣ, кН Fпогр, кН Fтр, кН F, кН 0,9 0,70 6,42 3,64 4,92 5,8 10,6 54,2 50,8 115,6 Рпр, кВт Рир, кВт ƞ Рид, кВт Рр, кВт WАР, кВт·ч/м3 W/ АР, МДж/т Нwe, кВт·ч/м3 ζ/ эф 12,4 168,8 0,92 52,5 116,3 0,3735 0,9928 0,0881 0,23 1,0 Кот Vр, м/хв Gп, т/хв Q, м3/хв Рпг, кВт YΣ, кН Fпогр, кН Fтр, кН F, кН 0,68 6,21 3,9 5,3 6,4 10,6 62,1 50,8 123,5 Рпр, кВт Рир, кВт ƞ Рид, кВт Рр, кВт WАР, кВт·ч/м3 W/ АР, МДж/т Нwe, кВт·ч/м3 ζ/ эф 12,8 167,8 0,92 52,4 115,4 0,3360 0,8830 0,0881 0,26 1,1 Кот Vр, м/хв Gп, т/хв Q, м3/хв Рпг, кВт YΣ, кН Fпогр, кН Fтр, кН F, кН Продовження табл. 2.4
- 38. 40 0,65 8,6 6,0 8,1 9,9 10,6 68,8 50,8 130,2 Рпр, кВт Рир, кВт ƞ Рид, кВт Рр, кВт WАР, кВт·ч/м3 W/ АР, МДж/т Нwe, кВт·ч/м3 ζ/ эф 18,6 158,5 0,92 52,3 106,2 0,1921 0,5113 0,0881 0,45 1,2 Кот Vр, м/хв Gп, т/хв Q, м3/хв Рпг, кВт YΣ, кН Fпогр, кН Fтр, кН F, кН 0,62 6,1 4,6 6,2 7,4 15,9 73,1 50,8 139,8 Рпр, кВт Рир, кВт ƞ Рид, кВт Рр, кВт WАР, кВт·ч/м3 W/ АР, МДж/т Нwe, кВт·ч/м3 ζ/ эф 14,2 165,4 0,92 52,4 113,0 0,2543 0,6780 0,0881 0,34 1,3 Кот Vр, м/хв Gп, т/хв Q, м3/хв Рпг, кВт YΣ, кН Fпогр, кН Fтр, кН F, кН 0,66 5,7 5,9 8,0 9,8 15,9 103,2 50,8 169,9 Рпр, кВт Рир, кВт ƞ Рид, кВт Рр, кВт WАР, кВт·ч/м3 W/ АР, МДж/т Нwe, кВт·ч/м3 ζ/ эф 16,1 161,1 0,92 52,0 110,1 0,2057 0,5450 0,0881 0,43 Проаналізувавши таблицю 2.5 можна зробити висновок – витрати на руйнування масиву у комбайна УКД 200 одні з найбільш оптимальних, проте витрати на переміщення і навантаження досить високі. Крім комбайнів зі шнековими виконавчими органами використовуються комбайни і з барабанними виконавчими органами. Застосування даного виконавчого органу доцільно тоді, коли до сортності вугілля пред'являються високі вимоги. У таблиці 2.6 наведені характеристики комбайну КА80. Таблиця 2.6 – Показники роботи комбайну КА80 m,м Кот Vр, м/хв Gп, т/хв Q, м3/хв Рпг, кВт YΣ, кН Fпогр, кН Fтр, кН F, кН 0,9 – 3,0 2,0 2,7 – 10,8 – 50,8 61,6 Рпр, кВт Рир, кВт ƞ Рид, кВт Рр, кВт WАР, кВт·ч/м3 W/ АР, МДж/т Нwe, кВт·ч/м3 ζ/ эф 2,7 147,6 0,8 60,6 87,0 0,6527 0,8291 0,1259 0,20 1,0 Кот Vр, м/хв Gп, т/хв Q, м3/хв Рпг, кВт YΣ, кН Fпогр, кН Fтр, кН F, кН – 3,0 2,4 3,2 – 10,8 – 50,8 61,6 Рпр, кВт Рир, кВт ƞ Рид, кВт Рр, кВт WАР, кВт·ч/м3 W/ АР, МДж/т Нwe, кВт·ч/м3 ζ/ эф Продовження табл. 2.5
- 39. 41 2,3 148,0 0,8 60,7 87,0 0,6085 0,8091 0,1259 0,20 1,1 Кот Vр, м/хв Gп, т/хв Q, м3/хв Рпг, кВт YΣ, кН Fпогр, кН Fтр, кН F, кН – 3,0 2,6 3,6 – 10,8 – 50,8 61,6 Рпр, кВт Рир, кВт ƞ Рид, кВт Рр, кВт WАР, кВт·ч/м3 W/ АР, МДж/т Нwe, кВт·ч/м3 ζ/ эф 3,1 147,2 0,8 60,5 86,7 0,5484 0,8091 0,1259 0,23 1,2 Кот Vр, м/хв Gп, т/хв Q, м3/хв Рпг, кВт YΣ, кН Fпогр, кН Fтр, кН F, кН – 3,3 3,2 4,3 – 10,8 – 50,8 61,6 Рпр, кВт Рир, кВт ƞ Рид, кВт Рр, кВт WАР, кВт·ч/м3 W/ АР, МДж/т Нwe, кВт·ч/м3 ζ/ эф 3,4 146,9 0,8 59,5 87,4 0,4561 0,7595 0,1259 0,19 Комбайн КА80 має ряд переваг: можливість видобутку в'язких марок вугілля, висока сортність. Однак є ряд недоліків: малі межі регулювання по потужності пласта, а іноді і відсутність можливості регулювання, високі питомі енерговитрати, що знижує ефективність використання виїмкових машин. Як видно з таблиці 2.6 ефективність використання комбайну КА80 низька, доцільність використання на пластах малої потужності відсутня. На основі даних наведених в табл. 2.3–2.6 можна сформувати для кожного очисного комбайнаобласть раціонального використання. У табл. 2.7 наведено аналіз області використання очисних комбайнів. Таблиця 2.7 – Характеристики області експлуатації (за потужністю пласта) найбільш популярних очисних комбайнів Комбайн Потужність, м Виймання можливе, але недоцільна, м Оптимальна область використання, м 1К101 1,0-1,4 1,3-1,4 1,0-1,2 1К103 1,0-1,4 1,0-1,2 1,3-1,4 КА80 0,85-1,2 0,85-1,1 1,2 УКД200 0,9-1,3 0,9-1,1 1,2-1,3 Продовження табл. 2.6
- 40. 42 З усього вищевикладеного можна зробити висновок – високопродуктивні очисні комбайни хоча і застосовуються на пластах малої потужності, проте їх ефективність в кілька разів нижче ніж у комбайнів типу 1К101, 1К103, УКД200. Після визначення основних параметрів, що характеризують роботу очисного комбайна, необхідно отримані значення перевести в приватні функції відгуку. Для цього може бути використана формула переходу: 𝑑 = 𝑒𝑥𝑝(−|𝑦,|𝑛 ) де d – приватна функція бажаності; y, – значення, яке слід перетворити, обчислюється за формулою: 𝑦, = 2𝑦 − (𝑦𝑚𝑎𝑥 + 𝑦𝑚𝑖𝑛) (𝑦𝑚𝑎𝑥 − 𝑦𝑚𝑖𝑛) де y – виміряне значення; ymax – максимальне значення; ymin – мінімальне значення; Показник ступеня можна обчислити задавши виміряному значенню відповідне значення бажаності, переважно в інтервалі, за формулою 𝑛 = ln(ln 1 𝑑 ) ln(𝑦,) Знаючи граничні значення для кожного параметра (табл. 2.5) і обчислені значення можна перетворити їх в приватні функції бажаності. Після цього можна обчислити узагальнену функцію бажаності. Вона визначиться за формулою:
- 41. 43 𝐷𝐺 = √∏𝑑𝑖 𝑞 𝑖=1 𝑞 де 𝑞 – кількість приватних функцій бажаності; 𝑑𝑖 – приватні функції бажаності. Тоді узагальнений критерій бажаності очисного комбайна можна визначити за формулою: 𝐷𝐺 = √𝑑1𝑑2𝑑3𝑑4 4 де 𝑑1 – приватна функція відгуку, отримана перерахунком корисної роботи 𝑊Ар; 𝑑2 – приватна функція відгуку, отримана перерахунком енерговитрат 𝑊 Ар , ; 𝑑3 – приватна функція відгуку, отримана перерахунком еталонної енергоємності HWе; 𝑑4 – приватна функція відгуку, отримана від перерахунку ефективності процесу руйнування ζэф , ; Як приклад наведено приватні функції комбайна 1К101. Дані наведені в табл. 2.8. Таблиця 2.8 – Значення функції бажаності комбайна К101 в залежності від потужності пласта m, м 𝑊 Ар , 𝑊 Ар , 𝐻𝑊е ζэф , 𝐷𝐺 1,0 0,56 0,20 0,24 0,25 0,29 1,1 0,59 0,30 0,52 0,28 0,40 1,2 0,82 0,32 0,61 0,60 0,56 1,3 0,59 0,33 0,62 0,28 0,43 1,4 0,59 0,36 0,24 0,27 0,34