Комплексная механизация горных работ на базе механизированной крепи DBT 240/450

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Горная часть

1.1 Горно-геологические условия пласта

2. Выбор оборудования очистного забоя

2.1 Анализ технологических схем и средств механизации

2.2 Выбор оборудования

2.2.1 Выбор механизированной крепи

2.2.1.1 Определение типоразмера крепи

2.2.1.2 Определение наибольшего расстояния от забоя до задней гидростойки, наименьшего расстояния от забоя до передней гидростойки

2.2.2 Выбор выемочной машины

2.2.3 Выбор забойного конвейера

2.2.4 Увязка конструктивных и режимных параметров функциональных машин

3. Технические характеристики оборудования очистного забоя

4. Расчет скорости подачи очистного комбайна

4.1 Определение скорости подачи комбайна по мощности двигателя привода исполнительного органа

4.2 Определение скорости подачи комбайна по вылету резца

4.3 Определение скорости подачи комбайна по производительности конвейера

5. Расчет производительности очистного комбайна

5.1 Теоретическая производительность

5.2 Техническая производительность

5.3 Эксплуатационная производительность

6. Организация работ в очистном забое

6.1 Построение планограммы работ в забое

6.2 Определение численности очистной бригады

6.3 Составление графика выходов рабочих

6.4 Технико-экономические показатели

Список используемой литературы



Введение

В современных условиях угольная промышленность нуждается в прогрессивных методах разработки месторождений полезного ископаемого. Одним из важнейших направлений развития горнодобывающей промышленности является комплексная механизация очистных и подготовительных работ, которые связаны со сложными условиями труда человека и эксплуатации горных машин.

Комплексная механизация процессов на горных предприятиях предусматривает взаимодействие и одновременную работу различных средств механизации, имеющих в ряде случаев сложную структуру. Исходя из конкретных горно-геологических характеристик пласта, необходимо правильно выбрать оборудование, горные машины и комплексы, которые способствовали бы эффективной и безопасной работе горнодобывающего предприятия. Но правильный выбор конструктивных и режимных параметров функциональных машин комплекса в полной мере не обеспечивает их эффективной работы. Необходимо обеспечить увязку этих параметров.

Для современных шахт характерно: высокая концентрация подземных горных работ; оснащение лав высокопроизводительными выемочными комплексами; стремление к применению лав длиной 300-350 м; быстрое продвижение фронта очистных забоев; увеличение длины выработок, оконтуривающих выемочные (длинные) столбы по простиранию (до 2500-3000 м); проходка подготовительных выработок с применением проходческих комбайнов; стремление к бесперегрузочному транспортированию (к увеличению длины става ленточного конвейера).



1. Горная часть

1.1 Горно-геологические условия пласта

Комплексная механизация очистных работ в условиях пласта:

m=3, 5 - 4, 5 м; б=5 ⁰; тип кровли 3.4.3; Ар=150 Н/мм,

g = 7 м³/т; g_п = 1,75 МПа; Е = 1,5 ; L_л = 250 м;

где: m-мощность пласта, м;

б-угол падения пласта, градус;

Ар-сопротивляемость угля резанью, Н/мм;

g_п - несущая способность почвы, МПа

g - относительная метанообильность пласта м³/т

Е- показатель степени хрупкости пласта

2.3.3. - полный индекс активной кровли согласно единой классификации кровель (трудноупровляемая-3; весьма неустойчивая-4; тяжелая-3)



2. Выбор оборудования очистного забоя

2.1 Анализ технологических схем и средств механизации

Наилучшие технико-экономические показатели работы очистных забоев получены на пологих и наклонных пластах мощностью 1,5-5,0 м при комплексно - механизированных схемах выемки с применением очистных механизированных комплексов и агрегатов. Технология разработки пластовых месторождений полезных ископаемых с применением механизированных комплексов характеризуется следующими особенностями:

-очистной забой на всём протяжении должен быть оборудован механизированной крепью с достаточной несущей способностью;

-энерговооружённость и конструкция исполнительного органа выемочной машины должны обеспечивать выемку угля с заданной производительностью;

-производительность главного конвейера должна обеспечивать доставку угля при работе выемочной машины с наибольшей производительностью;

-при выборе способов подготовки и систем разработки следует предусматривать:

-длину выемочного поля 800 - 1500 м;

-создание условий для применения непрерывного транспорта в пределах выемочного участка и поля, механизированных крепей на сопряжении штреков с очистным забоем и простых схем проветривания.

Исходя из горно-геологических условий пласта, предусматриваем систему разработки длинными столбами по простиранию с отработкой обратным ходом с возвратноточным проветриванием.



2.2 Выбор оборудования

При комплексной механизации очистных работ в забое применяются механизированные очистные комплексы и агрегаты.

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 лебёдка, при работе комплекса на пластах с углами падения более 8° (при цепной системе подачи). Выбор оборудования всегда начинают с выбора механизированной крепи.

2.2.1 Выбор механизированной крепи

Факторами, влияющими на выбор механизированной крепи, являются:

минимальная и максимальная мощность, угол падения пласта;

нагрузочные свойства основной кровли (тип основной кровли по нагрузочным свойствам);

-устойчивость непосредственной кровли (тип непосредственной кровли по устойчивости);

-несущая способность почвы.

При выборе механизированной крепи, прежде всего, необходимо обеспечить соответствие её номинального рабочего сопротивления типу основной кровли по нагрузочным свойствам.

Исходя из горно-геологических условий залегания пласта предварительно принимаем механизированную крепь DBT 240/450.



2.2.1.1 Определение типоразмера крепи

Определяем типоразмер крепи из условий:

Н_min m_min • (1 - • l₃) - , м (1)

Н_max m_mах • (1 - • l_n) , м (2)

где Н_min и Н_max - минимальная и максимальная конструктивная высота крепи, м;

m_min - минимальная мощность пласта, м;

m_mах - максимальная мощность пласта, м;

l_n - наименьшее расстояние от забоя до передней гидростойки, м;

l₃ - наибольшее расстояние от забоя до задней стойки, м;

- коэффициент сближения боковых пород, который для условий Кузбасса составляет 0,05 м^-1;

- запас раздвижности гидростоек на разгрузку, который для m 1 м должен быть не менее 0,05 м.

H_min = 2,4 ? 3,5•(1-0,05•4,6)- 0,05 = 2,65 м

2,4 ? 2,65 -- условие выполняется

H_max = 4,8 ? 4,5•(1-0,05•3,8)= 3,65 м

4,8 ? 3,65-- условие выполняется

Условия (1) и (2) выполнены. Основываясь на этом и учитывая горно-геологические условия залегания пласта, окончательно принимаем механизированную крепь DBT 240/450.

2.2.1.2 Определение наибольшего расстояния от забоя до задней гидростойки, наименьшего расстояния от забоя до передней гидростойки, площади сечения под крепью для прохода воздуха



l₃ = с + d + B, м (3)

где 1₃ - наибольшее расстояние от забоя до задней гидростойки, м;

с - расстояние от гидростойки до передней кромки козырька, м;

с = 3500 мм = 3,5 м;

d - расстояние от забоя до передней кромки козырька, м;

d = 300 мм = 0,3 м;

В - ширина захвата комбайна, м; В = 0,8 м.

1₃ = 3,5 + 0,3 + 0,8 = 4,6 м;

1_П = с + d, м (4)

где 1_П - наименьшее расстояние от забоя до передней гидростойки, м;

с - расстояние от гидростойки до передней кромки козырька, м; с = 3500 мм = 3,5 м;

d - расстояние от забоя до передней кромки козырька, м; d = 300 мм = 0,3 м;

lп = 3,5 + 0,3 = 3,8 м;

Площадь сечения для прохода воздуха для всех типов крепи, если она не приведена в в технической характеристике, приблизительно определяется произведением значения (c+d) и средней мощностью пласта:

S = (с + d)·m_ср, м² (5)

S = (3,5 + 0,3)·4 = 15,2 м²

2.2.2 Выбор выемочной машины

На пластах мощностью m > 1,5 м рационально применять узкозахватные комбайны со шнековым исполнительным органом.

Ширина захвата комбайна должна соответствовать шагу передвижки крепи. Диаметр шнекового исполнительного органа очистного комбайна выбирается из расчета полной обработки забоя, допуская при максимальной мощности пласта наличие обрушаемой пачки угля. В большинстве случаев диаметр исполнительного органа определяется как:

(6)

где: m_max - максимальная мощность пласта, м.

Полученные значение диаметра шнека уточняются по нормальному ряду унифицированных шнеков и принимается ближайший больший типоразмер.

D=2,5 м

По горно-геологическим условиям и техническим параметрам принимаем к эксплуатации комбайн Elektra 3000.

2.2.3 Выбор забойного конвейера

Необходимая производительность забойного конвейера должна быть не ниже теоретической производительности выемочного комбайна.

Длина конвейера должна соответствовать длине механизированной крепи с учетом входа на вентиляционный и откаточный штреки.

Принимаем к эксплуатации забойный конвейер DBT PF 4/ 1032



2.2.4 Увязка конструктивных и режимных параметров функциональных машин

Целью увязки параметров функциональных машин является согласование теоретической производительности комбайна с учетом его возможной скорости подачи для конкретных горно-геологических условий, а так же скорости крепления забоя и производительности конвейера.

Теоретическая производительность главной функциональной выемочной машины является основным критерием для увязки параметров функциональных машин.

Исходя из сопротивляемости угля резанию и удельных энергозатрат на выемку угля определяем теоретически возможную производительность комбайна.

, т/мин (7)

где Q_т - теоретически возможная производительность комбайна, т/мин;

N_уст - устойчивая мощность электродвигателей комбайна, кВт;

N_уст= 720,

H_w - удельные энергозатраты на выемку полезного ископаемого, кВтч/т.

H_w = 0,65 кВтч/т, при А_р = 150 Н/мм.

, т/мин

Проверка механизированной крепи по фактору проветривания:

(8)



где S - площадь сечения для прохода воздуха, м²;

- теоретическая производительность комбайна, т/мин;

g - относительная метанообильность разрабатываемого пласта, м³/т; (g=7 м³/т);

k - коэффициент дегазации пласта (k=1);

- максимально допустимая скорость движения воздуха в лаве, м/с; ();

c - допустимая концентрация метана в исходящей струе (с=1%).

м²

Условие (8) выполняется, т.к. реальная площадь под крепью (15,2 м²) потребной (14,5 м²).

Скорость подачи очистного комбайна должна быть согласована со скоростью крепления забоя.

V_пт ? V_кр

где V_пт - теоретически возможная скорость подачи комбайна, м/мин;

V_кр - скорость крепления забоя, м/мин.

Сначала определяется теоретически возможная скорость подачи комбайна:

, м/мин (9)

где Q_т - теоретическая производительность комбайна, т/мин;

В - ширина захвата исполнительного органа, м; В = 0,8м,

m - вынимаемая мощность пласта, м;

mср=4 м

- плотность угля, т/м³.

=1,3 т/м³

, м/мин

Скорость крепления очистного забоя определяется из выражения:

, м/мин(10)

где V_кр - скорость крепления забоя, м/мин;

V_кр.в - скорость крепления выработки, м²/мин; V_кр.в=4, м²/мин;

В - ширина захвата комбайна, м. В = 0,8м,

, м/мин

4,4 ? 5 - условие выполняется

Производительность забойного конвейера

Q_к (1,2 1,3)Q_т,(11)

где Q_к - производительность забойного конвейера по его технической характеристике, т/мин; Q_к = 16 т/мин; Q_т - теоретическая производительность комбайна, т/мин; Q_т = 18,5 т/мин.

24 18,5• 1,2 = 22,2 - условие выполняется



3. Технические характеристики оборудования очистного забоя

Технические характеристики оборудования входящего в механизированный очистной комплекс

Мощность обслуживаемых пластов, м	3,5 - 4,5
Угол падения пласта, град	6
Тип основной кровли 3	тяжёлая
Тип непосредственной кровли 4	весьма неустойчивая
Сопротивление почвы, мПа	1,75
Механизированная крепь	DBT 240/450
Очистной комбайн	Elektra 3000
Забойный конвейер	DBT PF 4/ 1032
Крепь сопряжения	DBT 240/450

Технические характеристики механизированной крепи DBT 240/450

Высота секции в сдвинутом положении Н min,мм	2400
Высота секции в раздвинутом положении Нтах, мм	4500
Угол падения, град	30
Среднее давление на почву, МПа	2
Удельное сопротивление на 1 м кровли, кН/ м2	722
Шаг установки секции, м	1,75
Шаг передвижки секции, м	0,8
Усилие передвижки секции, кН	460
Усилие передвижки конвейера, кН	250
Скорость крепления, м /мин	4
Площадь проходного сечения для воздуха, м2	7,2-15,6
Расстояние с от гидростойки до передней кромки козырька, мм	3500
Расстояние d от забоя до передней кромки козырька, мм	300

пласт забой крепь комбайн

Технические характеристики передвижного скребкового конвейера

Максимальная производительность, т/мин	24
Скорость движения цепи, м/с	1,1
Размеры звена цепи, мм	34x128
Разрывное усилие цепи, кН	850x2
Мощность привода, кВт	400x3
Длина поставки, м	300



Технические характеристики узкозахватного очистного комбайна Elektra 3000

Вынимаемая мощность пласта, м	3,5-5,5
Угол падения, град	30
Мощность электродвигателей привода исполнительного органа, кВт	2?400
Тип электродвигателя	EL58A
Скорость подачи, м/мин	0-16
Номинальное тяговое усилие, кН	660
Диаметр исполнительного органа, м	2,5
Скорость шнека, м/с	29
Ширина захвата, м	0,8
Скорость резания, м/с	3,8-5,0
Механизм подачи	JUMBOTRACK



4. Расчёт скорости подачи очистного комбайна

4.1 Определение скорости подачи комбайна по мощности двигателя привода исполнительного органа

, м/мин (11)

где N_уст - суммарная устойчивая мощность привода исполнительного органа двигателя комбайна, кВт; N =720 кВт;

Н_w - удельные энергозатраты по выемке угля, кВтч/т; Н_w = 0,65 кВт •ч/т;

m_max - максимальная мощность пласта, м; m_max = 4,5 м

В - ширина захвата исполнительного органа комбайна, м; В = 0,8 м;

- плотность угля, т/м³; = 1,3 т/м³;

- угол падения пласта, град; = 5°.

м/мин

4.2 Определение скорости подачи комбайна по вылету резца

м/мин (10)

где l_р - радиальный вылет резца, см;

k_l - коэффициент вылета резца;

k_l = 1,21,4 для тангециальных резцов шнековых исполнительных органов.

n - частота вращения исполнительного органа, об/мин;

z - число резцов в линии резания.

z - 3

Частота вращения исполнительного органа

, об/мин (11)

где V_р - скорость резания, м/с; V_р =3,8 м/с;

D - диаметр шнека, м. D =2,5 м.

, об/мин

Радиальный вылет резца:

l_p = l_к sin, см, (12)

где l_p - радиальный вылет резца, см;

l_к - конструктивный вылет резца, см; l_к = 8,0 см (резец РО80);

- угол установки резца к поверхности резания, град; = 90⁰.

l_p = 8,0 • sin90⁰ = 8,0 см,

м/мин



4.3 Определение скорости подачи комбайна по производительности конвейера

м/мин (13)

где Q_к - максимальная производительность конвейера, т/мин;

Q_к = 24т/мин;

m_max - максимальная мощность пласта, м;

m_max =4,5 м;

В - ширина захвата комбайна, м;

В =0,8 м;

- плотность угля, т/м³;

=1,3 т/м³.

м/мин



5. Расчет производительности очистного комбайна

5.1 Теоретическая производительность

Q_т = 60 m_ср B V_п , т/ч (14)

где m_ср - средняя мощность пласта, м; m_ср =4 м;

В - ширина захвата комбайна, м; В =0,8 м;

V_п - скорость подачи комбайна, м/мин; V_п =3,8 м/мин;

- плотность угля, т/м³.

Q_т = 60 • 4 •0,8 • 3,8 • 1,3 = 1185,6 т/ч

5.2 Техническая производительность

Q_тех = Q_т • k_тех , т/ч (15)

где Q_тех - техническая производительность, т/ч;

Q_т - теоретическая производительность, т/ч; Q_т = 1185,6 т/ч;

k_тех - коэффициент технической производительности;

k_тех = 0,7 - для очистных комплексов с челноковой схемой работы комбайна.

Q_тех =1185,6 • 0,7 = 830 т/ч

5.3 Эксплуатационная производительность

Q_э = Q_т • k_э , т/ч (16)



где Q_э - эксплуатационная производительность, т/ч;

Q_т - теоретическая производительность, т/ч; Q_т = 1185,6 т/ч;

k_э - коэффициент эксплуатационной производительности;

k_э = 0,6 - для очистных комплексов с челноковой схемой работы комбайна.

Q_э = 1185,6 • 0,6 = 711 т/ч = 11,8 т/мин

Вернемся к формуле (8):

Условие (8) выполняется, т.к. реальная площадь под крепью (11,1 м²) больше потребной (10,5 м²).

Вернемся к формуле (11):

= 5,14/мин

Условие(11) выполняется, т.к. производительность конвейера(16 т/мин) больше производительности комбайна(5,14 т/мин).



6. Организация работ в очистном забое

Основным производственным процессом добычи угля на шахтах является выемка угля, которая характеризуется работой очистного забоя по определенному графику. При поточной организации производства все процессы и операции выполняются согласно графику организации работ.

График включает в себя планограмму работ в забое, график выходов рабочих и таблицу технико-экономических показателей. При комплексно -механизированной выемке необходимо руководствоваться следующими принципами:

-выемка угля должна осуществляться узкозахватными самозарубающимися комбайнами;

передвижка механизированной крепи должна производиться вслед за выемкой угля;

конструкция забойного конвейера должна обеспечивать при его передвижке погрузку оставшегося на почве угля. Режим работы на шахтах 4-х сменный, три смены добычные и одна ремонтно-подготовительная, рабочая смена длится 6 часов, 300 - рабочих смен в году.

6.1 Построение планограммы работ в забое

Определим количество рабочих циклов в сутки и время одного цикла.

, (17)

где n_ц - количество рабочих циклов в сутки;

Q_сут - производительность комплекса в сутки, т/сут;

Q_стр - производительность комплекса за выемку одной стружки, т/стр.



Q_сут = 18 • Q_э, т/сут (18)

где Q_э - эксплуатационная производительность комплекса, т/ч.

Q_сут = 18 •711=12798 т/сут

Q_стр = L • m • B • , т/стр, (19)

где L - длина лавы, м;

L =250 м;

m - мощность пласта, м;

m =4,5 м;

В - ширина захвата комбайна, м;

В =0,8 м;

- плотность угля, т/м³;

=1,3 т/м³.

Q_стр = 250 • 4,5 • 0,8 • 1,3 = 1170 т/стр,

циклов

Время одного цикла:

мин (20)

где t_ц - время цикла, мин;



мин

6.2 Определение численности очистной бригады

Все работы в лаве осуществляются комплексной бригадой горнорабочих.

Режим работы - четырёхсменный.

Продолжительность смены - 6 часов.

Ремонтная смена с 8 до 14 часов, остальные 3 смены добычные.

Работы по ремонту или замене узла комплекса должны производиться под руководством лиц надзора и в соответствии с "Инструкцией по эксплуатации…".

Техническое руководство осуществляет горный мастер, ближайшим помощником которого является звеньевой. По распоряжению звеньевого, каждый горнорабочий занимает своё место. Приступать к работе и выполнять все операции горнорабочие обязаны в строгом соответствии с существующими инструкциями по безопасным методам работ. Последовательность операций технологического цикла во времени и пространстве приведена на планограмме работ.

В добычную смену выходят: МГВМ - 2 человека; ГРОЗ - 6 человек; эл. слесарь - 1 человек, для обслуживания конвейерной линии МПУ-1 человек.

В ремонтную смену 20 человек, 2 горнорабочих,8 эл. слесарей; ГРОЗ -10.

В сутки необходимо 49 человек для организации работ в лаве, чтобы была выполнена суточная нагрузка на лаву 12798 т.

Разрешается совмещать с работой комбайна следующие операции:

- зачистку оснований секций крепи и их передвижку вслед за комбайном;

- передвижку лавного конвейера к плоскости забоя, не ближе 10 секций крепи от комбайна;

- передвижку приводных блоков забойного конвейера и штрекового скребкового конвейера;

- крепление сопряжений конвейерного и путевого штреков согласно паспорту;

- ведение работ по доставке (уборке) материалов и оборудования на конвейерном и путевом штреках.

Запрещается совмещать с работой комбайна и работой лавного конвейера следующие операции:

- нахождение людей вблизи шнеков комбайна во время его работы;

- транспортировка лесных материалов, оборудования по лаве во время работы комбайна;

- производить ремонт комбайна и конвейера на ходу во время их работы;

- дробление негабаритов и отжимов угля при работающем лавном конвейере и перегружателе;

- заделка куполов.

6.3 Составление графика выходов рабочих

Графика выходов рабочих

Профессия	Число рабочих	В сутки	Смены
	I	II	III	IV		I	II	III	IV
Машинист комбайна	2	2	2	2	8
ГРОЗ	10	6	6	6	28
Электрослесарь	8	1	1	1	11
ГРП	2	1	1	1	5
Всего	22	9	9	9	49



6.4 Технико-экономические показатели

Технико-экономические показатели

Механизированный комплекс
Комбайн	Elektra 3000
Крепь	DBT 240/450
Ширина захвата, м	0,8
Длина лавы, м	250
Мощность пласта, м	3,5 - 4,5
Угол падения пласта, град	5
Число циклов в сутки	11
Суточное подвигание забоя, м	8,8
Численность рабочих, чел	49
Нагрузка на очистной забой, т/сут	12798



Список используемой литературы

1. " Горные машины и оборудование ", Б.А. Александров, Ю.А. Антонов, С.Г. Показаньев, A.M. Цехин, 2006 год.

2." Машины и оборудование для шахт и рудников ": справочник / С.Х. Клорикьян, В.В. Старичнев, М.А. Сребный - 7-е изд., репринтн., с матриц 5-го изд. (1994 г.). -М.:Издательство Московского государственного горного университета, 2002.- 471 с.

3. Сафохин М. С. Горные машины и оборудование./ М. С. Сафохин, Б. А. Александров, В. И. Нестеров. - М.: Недра, 1995.

Размещено на Allbest.ru