Выбор параметров механизированных крепей оградительно-поддерживающего типа с целью повышения скорости крепления

В основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года, принятых ХХУ1 съездом КПСС, предусматривается «Ускорить разработку и освоение серийного производства высокопроизводительных комплексов оборудования для выемки угля в сложных горно-reoлогических условиях.». Обращено также внимание на необходимость «Расширить автоматизацию лроектно-конструкторских и научно-исследовательских работ с применением электронно-вычислительной техники». [IJ.

В настоящее время около 40% общего объема подземной добычи угля приходится на очистные механизированные комплексы, одной из составных частей которых являются механизированные крепи. Механизированная, гидрофивдрованная крепь во многом определяет основные показатели комплекса (производительность, надежность управления горным давлением, безопасность и пр.).

Около 10% пологих угольных пластов имейт неустойчивые нижние слои кровли [2,3] .Постоянно усложняющиеся горно-геологические условия применения очистных комплексов накладывают отпечаток на требования к параметрам современных механизированных крепей.

В настоящее время одной из причин, сдерживающих увеличение нагрузки на забой, является низкая скорость крепления лавы механизированной крепью, составляющая для большинства серийных крепей 2−2,5 м/мин [4,5,6,7,8,9,10,11] .Анализ работы комплексов ОЖТМ, ОКП, МК, 2МКЭ показал, что скорость крепления не превышала 2,3 м/мин. В большинстве случаев (81/0 она была ниже.

2 м/мин. Скорость подачи комбайнов в этих комплексах достигала.

3 ад/мин. Современные узкозахватные очистные комбайны способны развивать скорость подачи до б м/мин.

Отставание крепи от выемочного комбайна на пластах с неустойчивой кровлей недопустимо. %зкая скорость крепления кровли приводит к значительному её обнажению, что способствует ухудшению состояния пород кровли и обрушению её под крепь, что вызывает увеличение трудоёмкости работ в лаве. Недостаточная скорость крепления кровли приводит к снижению скорости подачи комбайна и соответственно производительности комплекса.

Фактические скорости крепления кровли оказываются ниже расчетных, что говорит о несовершенстве методик определения скорости крепления.

Прогнозирование параметров проектируемых крепей до 1990 года показывает, что наибольшее изменение (в сторону увеличения) из всех параметров претерпевает скорость передвижения на забой [ 9 ] .

Из сказанного следует, что задача выбора рациональных параметров крепи является актуальной.

Цель работы. Установление зависимостей скорости крепления от параметров крепи и её гидрооборудования и на их основе выбор параметров, обеспечивающих повышение скорости крепления.

Идея работы. Повысить скорость крепления за счет уменьшения потерь давления в сливной линии гидроцепи передвижки секции и сокращения рабочего объёма гидроцилиндра передвижки.

Научные положения, разработанные лично соискателем и новизна:

— математическая модель определения времени передвижки механизированной крепи в зависимости от состава и параметров гидроцепи, режима работы насосной станции, конструктивных параметров секции крепи, отличающаяся тем, что учитывается переменный характер силы сопротивления передвижению, упругость гидросистемы;

— зависимости времени составляющих операции крепления и скорости крепления от параметров насосной станции, гидросети и секций крепи, отличающиеся тем, что учитывается переменный характер силы сопротивления передвижению, упругость гидросистемы.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. Научные положения, выводы и рекомендации обоснованы теоретическими исследованиями с использованием методов математической статистики, численного моделирования с применением современной электронно-вычислительной техники, шахтным экспериментом, Объем экспериментов достаточен для того, чтобы с достоверностью 0,95 отклонение результатов не превышало 5%. Расхождение результатов математического и шахтного экспериментов не превышает 10%. Такая тошюсть в данном случае является приемлемой.

Значение работы. Научное значение работы заключается в разработке математической модели, устанавливающей связь между условиями эксплуатации, параметрами 1фепи и скоростью крепления, положенной в основу автоматизации процесса вычисления скорости крепления.

Практическое значение работы:

— разработана «Методика расчета скорости крепления механизированной крепью очистного комплекса», позволяющая построить вычислительный процесс с применением ЭВМ;

— разработаны «Рекомендации по выбору параметров механизированных крепей очистного комплекса», позволяющие выбрать параметры, обеспечивающие повышение скорости крепления.

Реализация выводов и рекомендаций работы. «Методика расчета скорости крепления механизированной крепью очистного комплекса» и «Рекомендации по выбору параметров механизированной крепи очистного комплекса» утверждены ГПКТИ ПТМ и используются при корректировке механизированных крепей типа 0КП-70.

Расчетный годовой экономический эффект от реализации рекомендаций для комплекса 2.0КП40Б составил 125 тыс. руб.

3.7 .Вывод ы.

1. Анализ структуры цикла секции крепи показал следующее распределение затрат времени: передвижка секции крепи — 50 $, распор — 15,2/з, разгрузка, переход рператора, управление ги. дро-распределителем в среднем по 10−12 $ вретлеш.

2. Операция передвижка секции крепи имеет наибольшие потери давления. Отличительной особенностью этой операщи является значительная активная нагрузка, большой ход штока.

Движение осуществляется штоковой полостью гидроцилиндра. Вследствие больших потерь давления в гпдроцегги насосная станция работает в режиме дросселирования.

3. Ги. цроцилиндр передвижки нерационально расположен, на выд-вижку конвейера используется поршневая полость, развивающая большее усилие, чем штоковая, хотя сила сопротивления перемещению конвейера значительно меньше силы сопротивления перемещения секции крепи.

7,14 О, с/о 20,07 0,0548 (3,28).

7,25 4,01 20,26 0,5 923 (?, 55).

7,36 4,09 20,45 0,0635 (?, 81).

7,64 4,17 20,81 0,0672 (4,038).

7 ос 1, 4,25 21,18 0,07 (4,2) из.

7. Использование в операции передвижка секции крепи поршневой полости п1дроцилиидра и уменьшение его диаметра до.

0,09 м позволяют повысить скорость крепления на 28,9 $, производительность комплекса на 27,1 $.

8. На парораспределитель, используемый в крепи, приходится 30 $ потерь давления (сумма в напорной и сливной магистралях).

9. Наиболее рациональной шириной захвата выемочной машины с точки зрения увязки скорости крепления и производительности комплекса является захват 0,63 м.

10. Увеличение шага установки секций крепи с 1,1 м до 1,5 м позволяет повысить скорость крепления на 201.

Глава 4. Экспериментальное исследование процесса крепления механизированной крепыо и расчёт экономического эффекта от применения рекомендаций, 4.1. Шахтные хронометражные наблюдения за работой очистного механизированного комплекса С целью определения достоверности математической модели определения длительности операций механизированной крепыо проведены хронометражные наблюдения за работой очистного комплекса.

Объектом наблюдений явился комплекс 4.0КП70Б. Гидрооборудование этого комплекса полностью соответствует гидрооборудованию комплекса 2.0КП40Б, отличие заключается в настройке давления срабатывания предохранительного клапана гидростойки. Комплекс 4.0КП70Б с декабря 1983 г. по апрель 1984 г. проходил приёмочные испытания.

Технические данные Вынимаемая мощность пласта, м 1,7.2,2.

Угол падения пласта, град вдоль лавы 30 вдоль столба 10.

Шаг установки секций, м 1,1.

Рабочее давление в гидросистеме, ГЛПа 20.

Сопротивление крепи лавной, МК/м^ /тс/м^/ 0,6(60).

Тип комбайна 2Ш68Б.

Приёмочные испытания механизированного комплекса 4.0КП70Б проводились в условиях пласта ШЗ в лаве 33−12 шахты «Новокузнецкая» объединения «Юккузбассуголь». Пласт 33 в контуре лавы имеет нормальную мощность 1,75 м, строение сложное. Нижняя часть пласта /0,6−0,8 м / имеет повышенную зольность /до 50%/ из-за линзообразных невыдержанных по горизонту и в разрезе прослойков углистого аргилита. Уголь пласта крепостью С, 9 — 1,5 с сопротивляемостыо резанию 180−200 кН/м. Уголь склонен к самовозгоранию, угольная пыль взрывоопасна. По выбросам и ударам пласт не опасен. Максимальная глубина отработки 100 м.

3 /.

Природная газоопасность — 8 м- /т.

Гипсометрия пласта слабоволнистая. Угол падения пласта вдоль лавы 2−7° и вдоль столба 4−13°. Лава 33−12 полностью подработана пластом 32 /мощность междупластья — 85м/, а такие пластами 30 и 29а. Приток воды в лаву 5−7 м3/ч.

Наблюдается ложная кровля мощностью до 0,3 м, состоящая: из увлажненного трещиноватого аргилита. Непосредственная кровля слабой устойчивости с сопротивлением на одноосное сжатие 20−25 Ша мощностью до 7 м. Выше залегает алевролит мощностью до 70 м. Непосредственная почва пласта — алевролит с сопротивлением на вдавливание 4МПа, ниже 0,5−0,7 м от. контакта с углем прослоек углистого аргилита мощностью до 0,15 м.

Организация работ и технологии добычи угля в лаве приняты следующие. В добычную смену выходили машинист комбацна и его помощник, машинист крепи и его помощник, 4−5 горнорабочих. Выемка угля осуществлялась по односторонней схеме. В исходном положении комбайн был зарублен на новую выемочную полосу, конвейер передвинут к забою по всей лаве. Передвижка секций крепи производилась вслед за проходом комбайна, с отставанием не более 5 м.

Хрономегражные наблюдения за секцией крепи проводились в середине лавы /секции крепи J5 44,45,46,47/. Осуществлялись замеры длительности распора секции, передвижки и цикла секции крепи. Длительность распора и передвижки секции крепи фиксировались по моменту установки рукоятки гидрораспределителя в соответствующее положение и открытию отсекателя и окончание операции — перевод рукоятки гидрораспределителя в новое положение. Время цикла секции крепи включает переход оператора от одного блока управления к другому. Результаты хронометражных наблюденийсведены в табл.4.1.

3 А К Л Ю Ч е Н И Е.

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи выбора параметров крепи и её гидрооборудования, обеспечивающих повышение скорости крепления лавы, что имеет существенное значение для роста производительности очистных комплексов.

Выполненные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Разработанная математическая модель и на её основе подсистема определения времени операций крепления обеспечивает методом численного моделирования оптимизацию в человеко-машинном режиме параметров механизированной крепи. Расхождение результатов численного моделирования с практическими замерами не превышает 10 $.

2. Анализ структуры времени операций крепления для крепей типов 01Ш-70, 0КП-40 показал, что на операцию передвижка секции крепи приходится 50 $, на распор — 15,2 $, на сокращение секции, переход оператора, управление гидрораспределителем в среднем по 10−12 $ времени общей длительности операций крепления. Значительная длительность операции передвижка секции крепи обусловлена большими местными и линейными потерями в гидроцепи.

3. При передвижке секции крепи на забой до 85 $ давления жидкости в рабочей полости шдроцилиндра затрачивается на преодоление сопротивления в сливной линии гидроцепи, что обусловлено использованием штоковой полости, при применении которой коэффициент мультипликации >I.

4. Использование для передвижки секции крепи поршневой полости гидроцилиндра вместо штоковой и переход на гидроцилиндры с вц= 0,09 м вместо = 0,125 м приводит к снижению потерь давления в шдроцепи передвижки секции, что обеспечивает работу насосной станции в номинальном режиме и увеличение скорости крепления на 28%. Общее время выемочного цикла сокращается. При работе комплекса на пласте мощностью 2,3 м и лаве длиной 100 м техническая производительность комплекса увеличивается на 27%,.

5. Рекомендуются следующие значения параметров, обеспечивающие повышение скорости крепления: подача насосной станции.

О г>

2.10 м /с (120 л/мин), диаметр лавного трубопровода -20−25 мм, величина начального распора- 0,35Рта*., передвигать секцию крепи без отрыва от ъровли, ширина захвата выемочной машины — 0,63 м, шаг установки секций крепи вдоль лавы — 1,5 м.

6. Разработанные «Методика расчета скорости крепления механизированной крепью очистного комплекса» и «Рекомендации по выбору параметров механизированной крепи» используются ПЖТИ ПТМ при корректировке рабочей документации крепи типа 0КП-70.

Расчетный экономический эффект от создания и внедрения очистного комплекса с рекомендуемыми параметрами составляет 125 тыс.рублей.