Очистной комплекс для очистного забоя

1 Увязка КМ87УМП V.12.dwg

1 Кинематическая схема КМ87УМП V 12.dwg

Механизированная крепь
Птеоретический чертеж
Расчетная схема секции крепи

ГОТОВАЯ записка.docx

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Тульский государственный университет
Кафедра геотехнологий и строительства подземных сооружений
Горные машины и оборудование подземных разработок
«Выбор и анализ работоспособности оборудования очистного комплекса по заданным горно-геологическим условиям».
Принял: доц. ГиСПС Полежаев В.П.
Диапазон вынимаемой мощности: mmin - mma
Угол падения пласта: α = 150
Нагрузка на крепь от горного давления: q = 600 кНм2
Коэффициент концентрации нагрузки: = 34
Предельное удельно давление на почву: qпред = 3 МПа
Обзор и выбор базового оборудования для очистного забоя.5
Описание и характеристика оборудования очистного комплекса КМ87УМП.6
1.Описание схемы работы комплекса.6
3.Очистной комбайн 1ГШ68.11
4.Очистной конвейер СП87ПМ.13
Техническая характеристика конвейера СП87ПМ14
Анализ работоспособности комплекса в заданных горно-геологических условиях.14
1.Выбор максимальной скорости подачи.14
2.Расчет технической и теоретической производительности комбайна. ..15
3.Расчет эксплуатационной производительности комбайна.17
5.Анализ работоспособности крепи в заданных условиях20
Список используемой литературы23
Механизированные комплексы и угледобывающие агрегаты являются основными средствами комплексной механизации добычи угля в очистных забоях угольных шахт.
Комплексы и агрегаты для очистных работ позволяют механизировать отбойку угля погрузку его на конвейер и доставку вдоль забоя передвижку забойного конвейера на новую дорогу крепление и управление кровлей. Кроме того создаваемые в последние годы комплексы оборудования позволяют механизировать ряд вспомогательных операций в том числе укладку кабелей и рукава для орошения крепление сопряжений лавы со штреками передвижной механизированной крепью и др.
Механизированный угледобывающий комплекс оборудования включает в себя: узкозахватную выемочную машину (очистной комбайн или струг) передвижную механизированную крепь передвижной скребковый конвейер средства его передвижения машины и оборудование для механизации вспомогательных работ. Условия применения и перечень оборудования входящего в состав механизированных комплексов приведены в табл. 21—2.3.
Агрегаты состоят в основном из выемочной машины (один или несколько статических стругов или отбойно-доставочный кольцевой орган) средств доставки угля вдоль забоя (некоторые конструкции агрегатов не имеют специальных конвейеров в этом случае доставка угля производится исполнительным органом выемочной машины) передвижной механизированной крепи и крепи сопряжения со штреками перегружателя осуществляющего перегрузку угля который поступает из лавы на конвейер установленный на штреке.
Механизированные комплексы и агрегаты в очистном забое в процессе выемки угля передвигаются вперед выполняя повторяющиеся операции и обеспечивая выемку угля его доставку вдоль забоя перегрузку на средства транспорта крепление забоя и управление кровлей.
Большое разнообразие и сложность горно-геологических условий залегания угольных пластов в различных бассейнах страны и нестабильность физико-механических свойств угля и вмещающих пород обусловили создание различных типов комплексов и агрегатов. Эффективность их работы в большой степени зависит от соответствия параметров оборудования заданным горно-геологическим условиям. Целью проекта является выбор оборудования из множества существующих комплексов и проектирование новой структурной схемы для заданных горно-геологических условий а так же проведение анализа работоспособности оборудования в этих условиях. [1]
Обзор и выбор базового оборудования для очистного забоя.
В соответствии с заданными горно-геологическими условиями осуществим выбор наиболее подходящих добычных комплексов исходя из требуемой вынимаемой мощности. Характеристики комплексов приведены в табл.1[ 1 ].
Вынимаемая мощность пласта м
Угол падения пласта при подвигании забоя по простиранию градус
Удельное давление на почву МПа
Характеристика кровли по устойчивости:
непосредственной основной
Не ниже средней устойчивости
Включая труднообрушаемую
Легко- и среднеобрушаеммая
Сопротивление крепи кН
на 1 м2 поддерживаемой кровли
Механизированная крепь
Скребковый конвейер
Все приведенные выше комплекс удовлетворяют требованиям по вынимаемой мощности. Из таблицы 1 так же видно что комплекс КМ87УМВ не удовлетворяет условию по падению пласта. Следовательно дальнейший выбор будем осуществлять из оставшихся трех комплексов.
Комплекс КМ87УМП является единственным из трех оставшихся комплексов предусматривающим возможность наиболее близкой расстановки секций и имеющий стойки с наибольшим внутренним давлением. Все это позволяет применять комплекс в лавах с наиболее трудно управляемой кровлей. В связи с этим остановим свой выбор на комплексе КМ87УМП [3].
Описание и характеристика оборудования очистного комплекса КМ87УМП.
1.Описание схемы работы комплекса.
Комплекс КМ87УМП предназначен для комплексной механизации очистных работ в лавах длиной до 160 м на пластах мощностью 125 – 195 м при падении до 150 при подвигании забоя по простиранию и до 100 – по падению или восстанию.
В состав комплекса семейства КМ87УМП (Рис.1) входят: узкозахватный комбайн 1 типа 1ГШ68 с шириной захвата 063 м механизированная крепь 2 типа М87УМП забойный скребковый конвейер 3 типа СП87ПМ с зачистными лемехами и кабелеукладчиком крепи сопряжения 4 лавы со штреками или прилегающими подготовительными выработками электрическое гидравлическое оборудование смонтированное на энергопоезде в штреке.
Механизированная крепь М87УМП – поддерживающего типа рамной конструкции агрегатированная. Она состоит из однотипных двухстоечных секций снабженных у основания гидродомкратом двустоичного действия 5 для передвижки секций и конвейра. Связующей базой крепи является конвейер. Каждая секция расположена между двумя направляющими балками податливо прикрепленными к конвейеру. Балки ограничивают боковые перемещения секций крепи при их перемещении. Стойки крепи двустороннего действия имеют двойную гидравлическую раздвижность и принудительное опускание при перегрузке.
Кроме двух стоек и домкрата передвижения секция имеет литое основание 6 верхнее сплошное перекрытие 8 с рессорной консолью ограждение 7 гидравлическую аппаратуру и гидропроводку. Каждая стойка имеет блок с предохранительным и обратноразгрузочными клапанами.
В лаве оснащенной комплексом КМ87УМП выемка угля комбайном может производиться как по челноковой так и по односторонней схеме.
В исходном положении исполнительный орган комбайна заведен в нижнюю нишу в пласт угля гидродомкраты передвижки раздвинуты и секции оттянуты от конвейера на величину захвата комбайна и шага передвижки (063 м); консольная часть верхнего перекрытия находится на расстоянии около 03 м от забоя (разрез А-А). По мере выемки угля комбайном секции крепи последовательно передвигаются к забою закрепляя вновь обнаженную кровлю. Это является большим достоинством крепи (заряженная схема). После выемки комбайном всей полосы угля осуществляетя фронтальная передвижка конвейера к забою по всей длине лавы. При этом исполнительный орган комбайна выходит в верхнюю нишу или в штрек (при безнишевой выемке угля) либо предварительно комбайн самозарубается. При фронтальной передвижке передвижке конвейера уголь оставшийся у забоя после прохода комбайна погружается лемехами конвейера. Выемка комбайном второй полосы угля производится в обратном направлении сразу вниз в таком же порядке [3].
Рис.1. Технологическая схема работы комплекса КМ87УМП
Крепь М87УМП является модернизированной моделью ранее выпускавшейся крепи М87ГП и отличается от последней применением стоек двойной гидравлической раздвижности и сплошных перекрытий сварной конструкции с повышенной несущей способностью рессорных консолей.
Секция крепи ( Рис.2) состоит из перекрытия 2 двух стоек 3 и 7 основания 6 буферов 5 и 9 верхнего 8 и нижнего 10 ограждений гидродомкрата 1 передвижки крепи и конвейра блоков клапанных 4 блока управления секций гидро- и электрообарудования.
Рис.2 Секция крепи М87УМП.
Линейная секция крепи отличается от секций крепи размерами перекрытий и верхних ограждений.
Основание секции выполнено литым в виде коробчатой балки внутри которой размещается шланги гидростойки. В сферических гнездах основания установлены гидравлические стойки а в продольной расточке - гидродомкрат передвижки секции крепи и конвейра.
Перекрытие выполнено в виде сплошной балки сварной конструкции со штампованными башмаками. Для эффективного поддержания кровли непосредственно у забоя перекрытие секции оснащено подрессоренным листом.
Гидродомкрат передвижки секции крепи и конвейера своим цилиндром при помощи отрезка цепи прикрепляется к кронштейну конвейера а шток закрепляется в основании секции. Передвижка секции крепи производится без подпора кровли т. е. после разгрузки гидростоек. В результате подачи рабочей жидкости в штоковую полость гидродомкрата передвижки секция крепи вместе со штоком гидродомкрата подтягивается к конвейеру. При подаче рабочей жидкости в поршневые полости гидродомкратов осуществляется передвижка конвейера.
Крепь комплектуется двумя типами направляющих балок: балкой направляющей концевой выполняющей функцию балки для первой секции и закрепляемой на первом снизу кронштейне забойного конвейера; балками опорными установленными закрепляемыми болтами на основаниях секций крепи.
Между секциями где установлены опорные балки закреплены опорные устройства которые вместе с балками обеспечивают направленное передвижение секций крепи а при выдвижении конвейера – удерживают его от сползания по падению пласта[ 1 ].
Техническая характеристика механизированной крепи
Мощность обслуживаемых пластов м:
Угол падения пласта градусов:
Удельное давление МПа:
Коэффициент затяжки кровли:
Коэффициент гидравлической раздвижки:
Шаг передвижки секции м:
Шаг установки секции м:
Расчетная скорость крепления м2мин:
Сопротивление крепи кН:
на 1 м2 поддерживаемой кровли:
Рабочее сопротивление кН:
3. Очистной комбайн 1ГШ68.
Комбайн 1ГШ68 (Рис.3) состоит из следующих сборочных единиц: левого 3 и правого 5 редукторов правого 3 и левого 6 поворотных редукторов правого 11 и левого 14 шнековых исполнительных органов механизма подачи 1 гидродомкрата подъема шнеков 17 электродвигателей 4 правого 9 и 15 левого погрузочных щитков блока электрооборудования 7 опорных лыж 10 гидросистемы 12 электрооборудования 8 системы орошения 13 тяговой цепи 16 с прицепным устройством[1].
Рис.3. Комбайн 1ГШ68[1].
Комбайн предназначен для механизированной выемки угля на пологих и наклонных пластах мощностью 13-25 м с углом падения до 350 по простиранию и до 100 по падению и восстанию при сопротивляемости угля резанию до 360 Нмм. При углах падения 90 и выше комбайн применяется с предохранительной лебедкой ЗЛП.
Комбайн может работать как по челноковой так и по односторонней схеме без ниш с самозарубкой косыми заездами в комплексе с соответствующим оборудованием.
Погрузочное устройство комбайна состоит из левого и правого погрузочных щитков устанавливаемых по концам основного корпуса комбайна. В рабочем положении они удерживаются благодаря цепям и переводятся из рабочего положения в транспортное и обратно в ручную. Комбайн оснащен встроенным цепным гидравлическим механизмом подачи на базе радиально-поршневого гидронасоса НП120 и гидромотора ДП510И. Гидропривод обеспечивает автоматическое бесступенчатое регулирование скорости подачи в зависимости от нагрузки электродвигателей тяговым органом комбайна является сварная цепь 26х92-Д2 растянутая вдоль лавы и закрепленная с помощью прицепных устройств на приводных головках конвейера[4].
Техническая характеристика очистного комбайна
Техническая характеристика
Высота исполнительного органа м
Диапазон вынимаемой мощности пласта м
Диаметр шнеков по резцам м
Тип механизма перемещения
Скорость перемещения (подачи) ммин
Мощность электродвигателей кВт
Челноковая или односторонняя с самозарубкой
4. Очистной конвейер СП87ПМ.
Головной привод конвейера унифицирован с аналогичным приводом конвейера СП202 и СПЦ 161. Концевой привод унифицирован с головным.
Привод конвейера оснащен приспособлениями для передвижки регулирования высоты разгрузки а также кранштейном для крепления цепи комбайна и блока предохранительной лебедки.
Конвейер оснащен зачистным лемехом кабелеукладчиком и приспособлениями для монтажных и ремонтных работ.
Рештачный став конвейера СП87ПМ отличается от рештачного става конвейера СП202 большей жесткостью в горизонтальной плоскости что позволяет осуществлять передвижку конвейра одновременно по всей длине без изгиба става[1].
Техническая характеристика конвейера СП87ПМ
Угол падения пласта градусов
Скорость транспортирования мс
Производительность тч
Длинна конвейера в поставке
Класс скребковой цепи мм
расстояние между осями цепеймм
Анализ работоспособности комплекса в заданных горно-геологических условиях.
1. Выбор максимальной скорости подачи.
Исходя из технической характеристики комбайна приведенной в таблице 3[1] определим значение скорости подачи VП.
Таким образом принимаем значение скорости подачи VП = 3 ммин.
2.Расчет технической и теоретической производительности комбайна.
Осуществим расчет теоретической производительности комбайна по формуле:
где Vп – скорость подачи исполнительного органа ммин; – плотность угля тм3; B– величина захвата исполнительного органа м; – мощность пласта м;
Определим техническую производительность комбайна:
где КT – коэффициент технической возможности непрерывности работы комплекса;
где Т – время работы комплекса по добыче (мин);
ТВ – время затрачиваемое на вспомогательные операции (мин);
где L - длинна лавы;
-средняя скорость подачи;
где Тмо – время на маневровые операции;
Тко – время на концевые операции с учетом самозарубки;
Тзи – замена инструмента;
Тун – устранение неполадок при работе комплекса;
Время на маневровые операции отсутствует т.к. комбайн работает по челноковой схеме поэтому Тко = 15 мин.
гдеH – средняя вынимаемая мощность;
B – ширина захвата исполнительного органа;
– объемный вес угля;
tр – время замены одного резца для безболтового соединения принимается;
z – удельный расход инструмента;
Для углей средней крепости f =1.0-1.5 удельный расход инструмента равен z = 0.01- 0.1.
где KГ = 07-09 – коэффициент готовности комплекса
Находим техническую производительность:
3.Расчет эксплуатационной производительности комбайна.
где КЭ – коэффициент непрерывности работы комплекса;
TЭО – время на замену вагонеток и подготовку ниш;
где tэ = 35 мин – эксплуатационные операции;
tо = 25 мин – время на организационно-технический простой;
Эксплуатационная производительность.
Суточная производительность.
Скорость крепления забоя при ширине захвата комбайна 063 м расчетной скорости крепления 48 м2мин и шаге установки секции 0635 м будет равна 76 м2мин что больше скорости подачи комбайна Vп = 3 ммин.
Скребковый передвижной конвейер СП87МП имеет производительность 600 тчас = 10 тмин что меньше теоретической производительности комбайна Q = 627 тмин. Конвейер не справляется с нагрузкой вследствие чего возникает необходимость снижения скорости подачи.
Определяем общую нагрузку на поддерживающий элемент секции в виде самовыравнивающегося козырька.
Нагрузка на козырек крепи Рк = 100 кН.
Интенсивность нагрузок на поддерживающий элемент.
Эпюра нагрузок действующих на поддерживающий элемент задана в виде параболической трапеции.
Определим величину силы трения:
Определим координату приложения общей нагрузки.
Далее определим реакции в стойках Rc1 и Rc2
Из расчета следует что общая нагрузка Q распределена неравномерно и забойная стойка перегружена. В связи с этим сила Рк была уменьшена с 100 кН до 80 кН. Произведем повторный расчет с учетом нового значение Рк .
Расчет контактных давлений на почву.
Точка приложения силы x0 определяется как противодействующая силе R т.е. находится на одной линии действия с ней и приложена к основанию в противоположном направлении результирующей. Точка лежит в пределе где L0 = 157м длинна основания секции
Предельное удельное давление на почву qпр= 3000 кНм2 q0max=498258 кНм2 . Значение q0max недопустимо велико в связи с чем увеличим параметр хш основания с 03 м до 057 м. Таким образом увеличив длину основания произведем повторный расчет.
Точка лежит в пределе где L0 = 184м длинна основания секции значит распределенная нагрузка на почву будет иметь вид трапеции где:
5. Анализ работоспособности крепи в заданных условиях
Работоспособность секции крепи определяется условием Rc1(Rc2) ≤ Pc . Реакции в стойках равны Rc1 = 77382 кН и Rc2 = 65874 кН. Рабочее сопротивление стойки Pc = 780 кН тогда Rc1(Rc2) ≤ Pc => 77382 ≤ 780.
Условие выполняется.
Проверка работоспособности на устойчивость секции крепи. При этом учитываются следующие факторы:
- Линия действия равнодействующей не выходит за опорные стойки крепи;
- Стойки секции крепи не должны утопать в почву q0max ≤ qпред.
Предельное удельное давление на почву qпр= 3000 кНм2 > q0max=251036 кНм2
Условия выполняются.
В ходе выполнения курсового проекта по техническим характеристикам был выбран комплекс КМ87УМП который полностью удовлетворят требованиям заданных горно-геологических условий. После проведения расчета производительности комплекса была получена максимальная теоретическая производительность Q = 96 тмин при скорости подачи комбайна VП = 3 ммин.
При проведении анализа работоспособности крепи у данного комплекса был обнаружен следующий недостаток.
При проверке условия q0max ≤ qпред. становится ясно что удельное давление на почву секции крепи больше придельного допустимого значения. В связи с этим возникла необходимость увеличения основания секции крепи так как в следствии этого происходит уменьшение удельного давления на почву. Основание было увеличено за счет увеличения параметра xш что позволило снизить удельную нагрузку на почву и обеспечить выполнение условия q0max ≤ qпред. Остальные условия так же были выполнены на основе чего можно заключить что комплекс удовлетворяет всем требованиям заданных горно-геологических условий.
Список используемой литературы
Пархоменко А.И. Митько И.М. Соколов А.И.Справочник механика угольных шахт. Недра 1985
Братченко.Ф.Б. Комплексная механизация и автоматизация очистных работ в угольных шахтах. под редакцией Ф.Б. Братченко М. «Недра» 1977. с. 415.
Яцких В.Г. Спектор Л.А. Кучерявый А.Г. Горные машины и комплексы. Под ред. В.Г. Яцких Учебник для техникумов. 5-е изд. перераб. и доп. М. Недра 1984 400 с.
Кантович Л.И. Гетопанов В.Н. Горные машины: Учеб. для техникумов.-М.: Недра 1989 304 с.: ил.