Комплексная механизация очистных работ в условиях пласта Владимирский

ГОРНЫЕ МАШИНЫ..dwg

Технико-экономические показатели
Наименование показателей
Условные обозначения
планово-предупредительный ремонт
выемка угля комбайном
зачистка комбайновой дорожки
передвижка секций крепи
передвижка лавного конвейера
концевые операции (зачистка комбайновой дорожки
передвижка забойного конвейера
График выходов рабочих
Добыча с цикла т 432
Суточная нормативная нагрузка т 3667
Способ управления кровлей полное обрушение
Горнотехнические показатели
Вынимаемая мощность пласта м 1
Схема работы комбайна одн-яячелноковая
Глубина захвата комбайна м 0
Тип выемочной машины 4LS-20
Угол падения пласта град
Тип лавного конвейера AFС
Мощность прослойка м 0
Мощность присечки по почве м 0
Мощность присечки по кровле м 0
Планограмма работ по односторонней
схеме работы комбайна.
Общий вид Очистного механизированного комплекса КМ1384
КузГТУ каф. ГМиК гр. ГЭ-072
Схема набора инструмента на l12.5
исполнительном органе
Горнорабочий очистного забоя
Механизированная крепь
Ширина захвата комбайна
Число циклов в сутки
Длина очистного забоя
Очистной механизированный комплекс КМ130 чертеж общего вида
холостой прогон комбайна

ГМ и О.docx

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Кузбасский государственный технический университет
Кафедра горных машин и комплексов
на тему: « Комплексная механизация очистных работ в условиях пласта Владимирский»
Задание на курсовой проект
Комплексная механизация очистных работ в условиях пласта Владимирского в пределах лавы №1 шахты «Владимирская».
Горно-геологические характеристики пласта Владимирского.
Угол падения пласта:
Сопротивляемость угля резанию:
Полный индекс кровли:
1.1 Выбор оборудования очистного забоя
От степени соответствия выбранного типа оборудования условиям его применения при отработке выемочного поля зависят безопасность и условия труда шахтеров технико-экономические показатели работы очистного забоя надежность и долговечность оборудования.
Комплексная механизация очистных работ в забое осуществляется механизированными очистными комплексами или агрегатами.
В состав очистного механизированного комплекса входят: выемочная машина – очистной комбайн или струг; доставочная машина – забойный скребковый конвейер; механизированная крепь крепи сопряжения забоя с конвейерным и вентиляционным штреками; насосные станции; оросительная система; энергопоезд; кабелеукладчик; предохранительная лебедка при работе комплекса на пластах с углами падения более 80 (при цепной системе подачи).
При выборе средств механизации необходимо учитывать горно-геологические горнотехнические и природные факторы. В литературе детально изложены последовательность и особенности выбора оборудования механизированных комплексов и агрегатов которыми студенту следует руководствоваться.
Во всех случаях выбор оборудования необходимо начинать с механизированной крепи.
1.2 Выбор механизированной крепи
При выборе типа механизированной крепи прежде всего необходимо обеспечить соответствие ее номинально рабочего сопротивления типу основной кровли по нагрузочным свойствам а также соответствие типоразмерам механизированной крепи мощности пласта и ее колебания в пределах выемочного поля.
Определение типоразмера крепи
Типоразмер механизированной крепи определяется следующими условиями [1]:
где и - минимальная и максимальная конструктивная высота
- коэффициент сближения боковых пород который для условий
Кузбасса составляет 005 м-1;
- запас раздвижности гидростоек на разгрузку который для m > 1 м должен быть не менее 005 м.
где - расстояние от задней гидростойки до передней кромки козырька м;
d - расстояние от забоя до передней кромки козырька ( d = 03 м);
B - ширина захвата комбайна м ( В = 063 м);
с - расстояние от передней гидростойки до передней кромки козырька м.
Для заданных условий выбираем крепь 4М130 [1]
Минимальная и максимальная конструктивная высота крепи 4М130:
Условия (1.1) и (1.2) выполняются т.к. и следовательно крепь выбрана правильно.
Механизированной крепи соответствует комплекс 4М130.
Площадь для прохода воздуха под крепью (S) для данной крепи изменяется от в зависимости от конструктивной раздвижности секций крепи (224-376).
Необходимо определить реальную площадь применительно к заданным условиям (для средней мощности пласта).
Реальную площадь сечения для прохода воздуха под крепью определим из пропорции:
- средняя мощность пласта;
- реальная площадь для прохода воздуха под крепью в соответствии с заданными горно-геологическими условиями.
1.3 Выбор выемочной машины
В каждом механизированном комплексе одного наименования могут применяться несколько типов узкозахватных комбайнов или стругов поэтому задача выбора выемочной машины сводится к анализу соответствия конструкции и параметров этих машин условиям применения на данном угольном пласте.
Выбор способа обработки забоя и типа исполнительного органа должен базироваться на анализе условий применения и главных технологических требований (к числу которых следует отнести необходимость обеспечения заданной производительности) области применения по сопротивляемости угля резанью и диапазону обслуживаемых пластов выхода сортовых углей допустимого уровня пылеобразования.
В данных горно-геологических условиях для комплекса КМ130 наиболее рационально применение узкозахватного комбайна К500 с шнековым исполнительным органом.
Диаметр DШ шнекового исполнительного органа комбайна выбирается из расчета полной обработки забоя допуская при максимальной мощности пласта наличие обрушаемой пачки угля.
В большинстве случаев диаметр исполнительного органа определяется как [1]:
где mmax - максимальна мощность пласта м.
Принимаем по нормальному ряду унифицированных шнеков ближайшее большее значение диаметра шнека.
1.4 Выбор забойного конвейера
При выборе забойного конвейера прежде всего необходимо учесть чтобы его производительность была не ниже теоретической производительности выемочного комбайна. Длина конвейера должна соответствовать длине механизированной крепи с учетов выхода на вентиляционный и откаточный штреки. Условно в состав механизированного комплекса КМ130 включаем конвейер “Анжера 30” максимальная производительность которого 16 тмин [1]. Выбранный конвейер проверяется в пункте 2.2.
2 Увязка конструктивных и режимных параметров
Правильный выбор конструктивных и режимных параметров функциональных машин комплекса в полной мере не обеспечивает их эффективной работы. Необходимо обеспечить увязку этих параметров.
Целью увязки параметров функциональных машин является согласование теоретической производительности комбайна с учетом его возможной скорости подачи для конкретных горно-геологических условий а также скорости крепления забоя и производительности конвейера.
Исходя из сопротивляемости угля резанью и удельных энергозатрат на выемку угля определяют теоретически возможную производительность очистного комбайна [1].
где - устойчивая мощность электродвигателей комбайна типа ЭКВЭ
Вычисляется по следующей формуле [1]:
NДВ - суммарная мощность эл. двигателей приводов исполнительного органа кВт [1];
Hw - удельные энергозатраты на разрушение угля ;
в зависимости от величины сопротивляемости угля резанию Ар =120 Нмм [1].
Следовательно Hw можно определить
где Ар - значение сопротивляемости угля резанию для заданного пласта Нмм;
и - минимальное и максимальное значение сопротивляемости угля резанию для условий Кузбасса Нмм;
и - минимальное и максимальное значение удельных энергозатрат на разрушение угля .
Выражаем из формул (1.9) и (1.10) и находим :
Проверка механизированной крепи по фактору проветривания [1]:
где S – потребная (необходимая) площадь сечения под крепью для прохода воздуха исходя из того что комбайн выдает теоретически возможную производительность (Qт) газообильность пласта (g) соответствует реальным горно-геологическим условиям скорость воздушной струи () не более 4 мс допустимая концентрация на исходящей струе (с) не превышает 1% в зависимости от которых коэффициент дегазации (k) может меняться в пределах м2;
- теоретическая производительность комбайна тмин;
g - относительная метанообильность разрабатываемого пласта;
k - коэффициент дегазации пласта ;
- максимально допустимая скорость движения воздуха в лаве
c - допустимая концентрация метана в исходящей струе (с = 1%).
На данном этапе расчет производится при k = 1 т.е. при отсутствии работ по дегазации [1]:
Условие 1.11 не выполняется т.к. реальная площадь под крепью
(1119 м2) меньше потребной (119 м2). Вернемся к этому условию после расчета эксплуатационной производительности комбайна.
Скорость подачи очистного комбайна должна быть согласована со скоростью крепления забоя [1]:
где Vпт - теоретически возможная скорость подачи комбайна ммин;
Vкр - скорость крепления очистного забоя ммин.
где Qт - теоретическая производительность комбайна тмин;
- плотность угля в целике тм3;
mmin - минимальная мощность пласта м.
где Vкр.в - скорость крепление выработки ммин.
Условие (1.12) выполняется т.к .
Проверка производительности забойного конвейера производится по формуле:
где Qк - производительность забойного конвейера по его технической
характеристике тмин.
Производительность конвейера по технической характеристике составляет
тмин следовательно условие (1.14) не выполняется. Вернемся к этому условию после расчета эксплуатационной производительности комбайна.
Технические характеристики оборудования очистного забоя
Техническая характеристика механизированной крепи 4М130 [3]
Конструктивная высота мм 2240 3760
Среднее давление на почву МПа 25
Удельное сопротивление на 1м2 кровли кНм2 700
Шаг установки секции м 12
Шаг передвижки секции м 063
Техническая характеристика комбайна К500 [1]
Вынимаемая мощность пласта м 15-4
Угол падения град 35
Мощность электродвигателей привода исполнительного органа 500
Тип электродвигателей ЭКВЭ
Скорость подачи ммин 0 – 6
Номинальное тяговое усилие кН 450
Техническая характеристика конвейера «Анжера 30»[1]
Максимальная производительность тмин 16
Расчет скорости подачи очистного комбайна
В этом разделе определяется скорость подачи комбайна по четырем ограничивающим факторам: мощности двигателя комбайна вылету резца газовому фактору производительности забойного конвейера.
1 Определение скорости подачи комбайна по мощности двигателя
привода исполнительного органа [1]
2 Определение скорости подачи комбайна по вылету резца [1]
Тип режущего инструмента выбирается в соответствии с технической характеристикой выемочной машины или типоразмерным рядом резцов.
Для комбайна К500 с диаметром шнека DШ = 18 м выбираем резцы типоразмера РО80 (3Р2.80)-радиальный однолезвийный резец для 1 группы типовых условий применения комбайна.
где - радиальный вылет резца см;
- коэффициент вылета резца;
n - частота вращения исполнительного органа обмин;
z - число резцов в линии резания.
Частота вращения исполнительного органа определяется по формуле [1]:
где Vр – скорость резания мс;
Скорость резания (Vр) зависит диаметра шнека и для данного комбайна изменяется от 32 мс до 37 м с для шнеков диаметры которых лежат в пределах от 14 м до 18 м. Шнеку диаметром 18 м соответствует максимальная скорость резания – 37 мс. Следовательно
Коэффициент вылета резца принимаем для радиальных резцов шнековых исполнительных органов.
Радиальный вылет резца:
где - конструктивный вылет резца см; ( = 80см)
- угол установки резца к поверхности резания град.( = 90º)
Число резцов в линии резания (z) принимаем максимальным т.е. равным числу заходов шнека это будет в случае последовательной схемы набора инструмента на шнеке. Это значение уточняется при определении схемы набора инструмента на шнеке т.к. может измениться в меньшую сторону для шахматной схемы набора.
3 Определение скорости подачи комбайна по газовому фактору [1]
где Sp - реальная площадь для прохода воздуха под крепью м2;
c - допустимая концентрация метана в исходящей струе (с = 1%);
Vв - максимально допустимая скорость движения воздуха в лаве
g - относительная метанообильность разрабатываемого пласта м3т;
B - ширина захвата комбайна м;
- плотность угля тм3.
4 Определение скорости подачи комбайна по производительности
где - максимальная производительность конвейера тмин;
Наименьшая из расчетных скоростей подачи комбайна по формулам (1.15) (1.16) (1.19) (1.20) принимается для дальнейших расчетов. При этом принятая скорость подачи комбайна не может быть больше скорости рассчитанной по формуле (1.13).
В нашем случае наименьшая скорость подачи ограничена газовым фактором (.
Расчет производительности очистного комбайна
1 Теоретическая производительность
Теоретическая производительность – количество полезного ископаемого добываемого за единицу времени при непрерывной работе выемочной машины с рабочими параметрами максимально возможными в заданных условиях эксплуатации [1].
где mcp - средняя мощность пласта м;
- скорость подачи комбайна ммин;
2 Техническая производительность [1]
Техническая производительность – максимально возможная среднечасовая производительность при работе в конкретных условиях эксплуатации.
Она определяется с учетом простоев присущих конструкции комплекса (затраты времени на маневровые операции концевые операции на устранение отказов замену инструмента).
где Qтех - техническая производительность тч;
Qт - теоретическая производительность тч;
kтех - коэффициент технической производительности.
Для очистных комплексов с односторонней схемой работы комбайна
3 Эксплуатационная производительность [1]
Эксплуатационная производительность – производительность с учетом простоев по организационным причинам и простоев связанным с устранением технических неполадок не зависящих от конструкции комплекса.
Эксплуатационная производительность определяется с учетом коэффициента эксплуатационной производительности учитывающего время простоев по эксплуатационным организационным и техническим причинам.
где Qэ - эксплуатационная производительность тч;
kэ - коэффициент эксплуатационной производительности.
Вернемся к условию (1.11):
Условия (1.11) выполняется.
Вернемся к условию (1.14):
Условия (1.14) выполняется.
Организация работ в очистном забое
Основным производственным процессом добычи угля на шахтах является очистная выемка которая характеризуется работой очистного забоя по определенному графику. Он включает в себя планограмму работ график выходов рабочих и таблицу технико-экономических показателей.
1 Построение планограммы работ в забое
Рабочий цикл по выемки полосы угля включает в себя следующие основные виды работ в лаве: выемка угля комбайном зачистка лавы комбайном (при односторонней схеме работы) передвижка конвейера передвижка секции крепи.
Все виды работ приводится на планограмме отражающей рабочие операции во времени и пространстве.
Для построения планограммы работ в лаве необходимо определить количество рабочих циклов в сутки и время одного цикла.
где nц - количество рабочих циклов в сутки;
Qсут - производительность комплекса в сутки тсут;
Qстр - производительность комплекса за выемку одной стружки тстр.
где Qэ - эксплуатационная производительность комплекса тч;
где L - длина лавы м; принимаем L = 180 м;
mср – средняя мощность пласта м;
γ - плотность угля тм3.
где - время цикла мин;
– эксплуатационная скорость подачи комбайна ммин.
где - скорость подачи комбайна ммин;
II Расчет режимных и конструктивных параметров исполнительного органа очистного комбайна
Задача расчета – на базе методики определить основные конструктивные параметры шнекового исполнительного органа и схему расположения на нем режущего инструмента.
Горно-геологические условия пласта
Средняя мощность пласта м
Угол падения пласта град.
Сопротивляемость пласта резанью в неотжатой зоне очистного забоя Нмм
Показатель степени хрупкости пласта при резании
Исходя из горно-геологических условий пласта рассматриваем очистной комбайн с двухшнековым исполнительным органом регулируемым по мощности пласта. Комбайн работает с рамы конвейера.
При вынимаемой мощности пласта mср = 325 м принимаем диаметр исполнительного органа D = 18 м ширина захвата B = 063 м число заходов шнека Z = 4 и частоту вращения n = 3928 обмин.
По степени хрупкости данный уголь – весьма хрупкий т.к. Е = 5.
Для выбора типоразмера режущего инструмента определяем к какой группе типовых условий применения комбайна относится разрабатываемый угольный пласт:
Так как 76 21 угольный пласт относится к первой группе типовых условий применения комбайна.
По данным условиям определяем типоразмер резцов для принятого исполнительного органа и первой группы типовых условий. Принимаем типоразмер резцов РО80 (3Р2.80)-радиальный однолезвийный резец.
Конструктивный вылет резца lк = 8 см ширина режущей кромки
bк = 25 см длина хвостовика lх = 65 см.
- угол установки резца ;
Максимальная толщина стружки для забойных резцов:
Коэффициент вылета резца для радиальных резцов шнековых исполнительных органов принимаем равным 16 как в первой части курсового проекта.
Средняя толщина стружки:
Средняя оптимальная ширина стружки (шаг резания) для забойных резцов:
Е – показатель степени хрупкости угля;
bк - ширина режущей кромки см.
Крайний кутковый шаг резания:
Ширина захвата кутковой части исполнительного органа:
Для расчета Вк определим шаги резания в кутковой части исполнительного органа по формуле:
t3.1 - первый шаг резания забойной части шнека;
nл.к - число линий резания в кутковой части шнека;
iл.к - номер рассчитываемой линии резания в кутковой части шнека.
Число линий резания в кутковой части подбирается по ходу расчета начиная с четырех пока сумма шагов Вк не будет удовлетворять условию (1.7):
Определяем шаги резанья кутковой части исполнительного органа для кутковых линий:
Суммируя полученные шаги резания определяем ширину кутковой части исполнительного органа:
Условие (7) удовлетворяется полученные шаги резания округляем и принимаем:
Углы установки кутковых резцов к направлению подачи:
Ширина захвата забойной части исполнительного органа:
Определяем с какого числа начинаем перебор для удовлетворения условия (12):
поэтому расчет шагов резания для забойной части начинаем с .
При этом суммарная ширина завальной части шнека удовлетворяет условию (12).
Последний (с завальной стороны шнека) шаг резания в забойной части должен удовлетворять условию:
(15) определяем остальные шаги резания забойной части исполнительного органа:
Суммируя полученные шаги резания определяем ширину забойной части исполнительного органа:
Условие (12) удовлетворено полученные шаги резания округляем с точностью до 05 см и принимаем:
=7 см; =8 см; =85 см; =85 см; =9; =95.
Проверяем частоту вращения шнека по условию n > nкр для чего определяем параметры шнека.
Среднее значение хода винта спирали шнека:
Диаметр шнека без учета вылета резцов:
Диаметр ступицы шнека:
Угол подъема винта шнека:
Приведенная площадь потока угля:
где толщина лопасти шнекам.
Площадь погрузочного окна:
Коэффициент использования сечения шнека:
Коэффициент учитывающий часть не погруженного угля:
Скорость подачи комбайна принимаем в соответствии с пунктом 4.4.
Высота непогруженного слоя угля:
Коэффициент учитывающий часть угля подлежащую погрузке:
Критическая частота вращения исполнительного органа:
где коэффициент разрыхления угля. ;
Принятая частота вращения больше критической
28 обмин > 588обмин. Условие n > nкр удовлетворяется.
Количество резцов в забойной линии:
Принимаем = 2. Следовательно принимаем шахматную схему набора инструмента на шнеке.
Количество резцов в забойной части исполнительного органа:
Количество резцов в крайней кутковой линии:
Количество резцов в последующих кутковых линиях резания:
Количество резцов в кутковой части исполнительного органа:
1067. Условие (33) выполняется.
Количество резцов на исполнительном органе:
Центральный угол между началом отсчета и i-м резцом (расстановка начинается с первой забойной линии резания):
Расстановка резцов в кутковой части исполнительного органа производится равномерно образуя обратный веер по отношению к забойным резцам.
Для оснащения торцевой части шнека принимаем радиально-торцевые резцы 3Р2.80.
Антонов Ю. А. Александров Б. А. Показаньев С. Г. Цехин А. М. Горные машины и оборудование: Методические указания по выполнению курсового проекта. ГУ КузГТУ.- Кемерово 2006.- 36с.
Антонов Ю. А. Цехин А. М. Показаньев С.Г. РАСЧЕТ РЕЖИМНЫХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА
ОЧИСТНОГО КОМБАЙНА: Методические указания по выполнению курсового проекта. ГУ КузГТУ.-Кемерово 2009.-31с.
Горношахтное оборудование для добычи угля подземным способом (Сегодня. Завтра): Учеб.пособиеА.В.Ремезов П.В.Егоров А.И.Жаров и др.; Под ред. А.В.Ремезова.-Кемерово:Кузбассвузиздат2004. – Кн.1.Часть первая: Горношахтное оборудование для оснащения очистных забоев при подземной выемке угля. – 292 с. ISBN 5-202-00660-8.
1.2 Выбор механизированной крепи
1 Определение скорости подачи комбайна по мощности двигателя привода исполнительного органа
2 Определение скорости подачи комбайна по вылету резца
3 Определение скорости подачи комбайна по газовому фактору
4 Определение скорости подачи комбайна по производительности конвейера
2 Техническая производительность
3 Эксплуатационная производительность
Расчет режимных и конструктивных параметров исполнительного органа очистного комбайна