Введение к работе
Актуальность работы. Современные комбайновые очистные механизированные комплексы являются основным средством выемки угля при отработке пластов пологого падения мощностью 0,9…6,0 м и способны вести выемку сложных по структуре угольных пластов с прослойками породы и твердыми включениями, что особенно актуально с учетом тенденции сокращения количества очистных забоев с благоприятными условиями выемки угля. Комбайновые комплексы со специальными мероприятиями применяют при отработке угольных пластов со сложными условиями, относящихся к III группе типовых условий по применению выемочных машин. Такие очистные забои характеризуются низкой устойчивостью процесса выемки угля очистными комплексами.
В процессе работы комбайновых очистных механизированных комплексов (ОМК) значительные затраты времени приходятся на перевод комбайна на следующую выемочную полосу, что существенно снижает производительность. Эксплуатационная производительность зачастую в 2 и более раза меньше расчетной технической производительности. В подавляющем большинстве комбайновых лав зарубка очистного комбайна осуществляется способом «косого заезда», который так же ведет к интенсивному износу оборудования, увеличению риска обрушения кровли, увеличению погрешности прямолинейности фронта очистного забоя. Изменение способа перевода очистного комбайна на следующую выемочную полосу на фронтальную зарубку шнеков комбайна в ниши под размер ступицы сокращает время выполнения концевых операций. Однако не изучены средства проведения таких ниш – выемочные модули, способные подготавливать ниши в лавах, работающие по угольным пластам со сложными условиями выемки угля. Поэтому определение схемных решений конструкций, обоснование параметров выемочных модулей, а так же определение области рационального использования выемочных модулей является актуальной задачей.
Вопросами совершенствования очистных механизированных комплексов занимались: Докукин А.В., Хорин В.Н., Солод В.И., Коровкин Ю.А., Мышляев Б.К., Некрасов В.В., Потапенко В.А., Кантович Л.И., Крашкин И.С., Худин Ю.Л. и многие другие.
Цель работы. Обоснование параметров выемочного модуля для проведения ниш в комплексно-механизированном очистном забое, обеспечивающих переход на фронтальную зарубку очистного комбайна и повышение эффективности работы очистного механизированного комплекса.
Идея работы. Повышение производительности комбайновых очистных механизированных комплексов достигается переходом от зарубки косыми заездами с характерной многоопрерационностью, значительной длиной концевых участков на фронтальную зарубку шнекового комбайна в заранее подготовленные выемочным модулем ниши.
Задачи исследований:
Анализ закономерностей развития средств комплексной механизации очистных работ и обоснование наиболее перспективного направления совершенствования выемочных комплексов.
Обоснование структуры средств механизации концевых операций комплексно-механизированного очистного забоя.
Установление зависимостей конструктивных и технологических параметров выемочных модулей от параметров угольного пласта, очистного механизированного комплекса и режима его работы.
Обоснование типа, параметров и схем расстановки рабочего инструмента на исполнительном органе выемочного модуля.
Установление зависимостей производительности очистного механизированного комплекса, оборудованного выемочными модулями, от их конструктивных и режимных параметров, горно-геологических и горнотехнических условий.
Методы исследования. В работе использован комплексный метод, включающий научный анализ и обобщение опыта проектирования и эксплуатации очистных механизированных комплексов и выемочных модулей. Основные теоретические результаты получены с использованием методов теоретической механики, теории прочности и математического моделирования с использованием пакета PTC Mathcad.
Научная новизна:
-
Разработана новая структура средств комплексной механизации очистных работ и соответствующая структура технологического процесса, обеспечивающих повышение устойчивости и интенсивности процесса добычи угля очистным механизированным комплексом, работающим по угольным пластам, относящимся к III группе типовых условий по применению выемочных машин.
-
Установлена зависимость производительности выемочных модулей от их конструктивных и режимных параметров, позволяющая проводить выбор рациональных параметров выемочных модулей.
-
Установлена зависимость увеличения производительности очистных механизированных комплексов при оборудовании их выемочными модулями от длины очистных забоев в конкретных горно-геологических и горнотехнических условиях.
Защищаемые научные положения:
1. Математическая модель функционирования выемочного модуля при проведении ниши для фронтальной зарубки очистного комбайна, учитывающая конструктивные параметры выемочного модуля, горнотехнические условия добычного участка и технические параметры очистного комбайна, позволяет оценить минимальный объем ниши, скорость ее проведения, рациональную толщину стружки и количество необходимых срезов для эффективного осуществления данного процесса.
2. Производительность очистного комбайнового механизированного комплекса при оснащении выемочными модулями, обеспечивающими переход на фронтальную зарубку очистного комбайна, увеличивается прямо пропорционально произведению разницы времени выполнения концевых операций исходного и нового варианта комплекса и массы добытого за цикл выемки угля и обратно пропорционально квадратному трехчлену, аргументом которого является длина лавы, что справедливо для условий, когда время цикла выемки ниши выемочным модулем не ограничивает производительность очистного механизированного комплекса.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается согласованностью с общепризнанными представлениями и физическими закономерностями; использованием апробированных математических методов; корректностью построения расчетных моделей; сходимостью результатов математического моделирования и построений в пакете автоматизированного проектирования Autodesk AutoCAD, а также результатами экспериментальных исследований в очистном забое.
Практическая значимость работы:
1. Разработаны технические решения исполнения выемочного модуля и отдельных его элементов (решение о выдаче патента на изобретение по заявкам №2010148944 и №2010148811, патент РФ №2448247) и соответствующая структура операций цикла его работы, обеспечивающие повышение устойчивости и интенсивности процесса добычи угля очистным механизированным комплексом.
2. Предложена методика определения рациональных режимных параметров выемочного модуля и методика комплексной оценки влияния геометрических параметров кинематической схемы на технические показатели работы выемочного модуля.
3. Разработана программа для ЭВМ в пакете PTC Mathcad для расчета рациональной толщины стружки при работе выемочного модуля и определения возможности проведения выемочным модулем, заданных геометрических параметров, ниши, обеспечивающей фронтальную зарубку шнека с целью перевода очистного комбайна на следующую выемочную полосу.
4. Разработана программа для ЭВМ в пакете PTC Mathcad для расчета производительности комбайновых очистных механизированных комплексов и оценки целесообразности оснащения комплексов выемочными модулями.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на:
9-й международной научно-практической конференции: «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (Воркута-Сыктывкар-Ухта, 2011 г.);
международной научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Опыт прошлого – взгляд в будущее» (Тула, 2011 г.)
межрегиональной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (Воркута 2008 г.);
научных конференциях молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2009 - 2010 гг.).
Личный вклад автора.
выполнен анализ закономерностей развития средств комплексной механизации очистных работ и обосновано наиболее перспективное направление совершенствования выемочных комплексов;
разработаны схемные решения выемочного модуля для проведения ниш и конструктивное исполнение отдельных элементов выемочного модуля;
обоснована методика выбора параметров выемочного модуля;
составлены расчетные схемы и разработана математическая модель процесса проведения ниши выемочным модулем, позволяющая производить выбор рациональных параметров выемочного модуля;
определена производительность очистного механизированного комплекса, оборудованного выемочными модулями, и выявлена зависимость, позволяющая оценивать эффективность оснащения комплексов выемочными модулями.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, получен один патент на изобретение.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, списка литературы из 115 наименований. Общий объем содержательной части составляет 173 страницы машинописного текста, содержит 7 таблиц, 57 рисунков и 3 приложения.
