Выбор и расчет основного технологического оборудования подземных горных работ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ГОУ ВПО "Магнитогорский государственный технический университет им. Носова"

Кафедра механизации и электрификации горных производств

Курсовой проект

Расчетно-пояснительная записка

Выбор и расчет основного технологического

оборудования подземных горных работ

Магнитогорск 2014



Содержание

Исходные данные

Введение

1. Основная часть

1.1 Принципы формирования комплексов

1.2 Выбор комплекса машин и их характеристика

1.3 Расчет технической и эксплуатационной производительности машин комплекса

1.3.1 Проходческие работы

1.3.1.1 Определение производительности ковшовых погрузочных машин

1.4 Определение числа машин в комплексе

1.4.1 Выбор количества буровых установок

1.4.2 Выбор количества погрузочных машин

1.5 Расчет мощности двигателей, расхода электропневмоэнергии и ГСМ

1.5.1 Расчет мощности двигателей буровых установок

1.5.2 Расход электроэнергии

1.5.3 Расход сжатого воздуха

2. Выбор средств механизации для вспомогательных работ

3. Правила техники безопасности и эксплуатации при работе на машинах

Список литературы



Исходные данные

Вариант	4
Место работы	Проходческие работы
Высота выработки hв, м	4
Ширина выработки S, м	4,2
Коэффициент крепости горных пород, f	16
Скорость проходки выработки L, м/мес	150
Расстояние откатки Lд, м	280
Глубина шпура lш , м	1,6
Диаметр коронки dк, м	0,043
Кусковатость горой породы а, мм	370
Высота навала Н, м	1,5
Усредненный угол откоса ц0, град	42
Плотность горной массы г, т/м3	2,8
Система разработки	Торцевой выпуск



Введение

Добыча полезных ископаемых подземным способом характеризуется значительной трудоемкостью работ. Внедрение комплексной механизации на подземных рудниках и шахтах повышает производительность труда, требует высокого профессионального уровня рабочих.

Работу машин необходимо рассматривать в тесной связи с технологией производства. При выборе технологической схемы и средств механизации учитываются горно-геологические и производственно-технические условия.

Одним из определяющих условий выбора бурового оборудования является крепость пород. При выборе погрузочно-доставочных комплексов учитывают протяженность выработок, связь с очистными забоями, способы выдачи породы на поверхность.

Проходческий комплекс должен иметь высокую надежность в работе, соответствовать размерам выработок, быть безопасным при работе, развивать необходимую производительность и соответствовать параметрам других машин и комплексов.



1. Основная часть

Панельно-столбовая система разработки. При панельной разработки месторождения по пласту проводят штреки. Главные штреки делят шахтное поле обычно на 2 части (ярусы) размером по падению 800-1000м каждая. Каждую часть в свою очередь делят через 1000-1400м по простиранию на более мелкие части (панели). Панель - часть шахтного поля ограниченная по падению главным откаточным штреком и одной из границ шахтного поля, или главными штреками, а по простиранию имеющая условные границы соседних панелей, или в качестве одной из границ - границу шахтного поля. В виду значительных размеров по падению панели разделяют штреками на ярусы. Панельный способ подготовки имеет ряд преимуществ по сравнению с этажным, а именно:

- возможна более высокая нагрузка на пласт за счет увеличения числа одновременно разрабатываемых панелей;

- сокращаются длина и срок поддержания штреков (уменьшаются затраты на ремонт);

- умеренные размеры панелей по простиранию позволяют осуществить обратную выемку, что повышает устойчивость штреков и уменьшить стоимость их поддержания;

- возможна полная ковейеризация транспорта в пределах панели, что повышает производительность и надежность.

В настоящее время панельные способы разработки месторождения получили широкое распространение.

1.1 Принципы формирования комплексов

Состав комплексов машин предопределяется горнотехническими условиями, системой разработки и горно-технологическими параметрами применяемой системы. Основные из них:

- диаметр и глубина шпуров (скважин), максимальная высота бурения горизонтального шпура, размеры буровых штреков;

- условия погрузки, кусковатость, расстояние транспортирования, условия разгрузки, размеры выработок;

- возможная производительность участка, панели, блока или камеры. Под комплексом понимается совокупность машин, обеспечивающих механизацию всех звеньев технологического процесса, увязанных по их основным параметрам и производительности. В него входят машины для бурения шпуров и скважин, заряжания ВВ, погрузки и транспортирования руды, крепления выработок и очистных забоев, чистки почвы камер, закладки выработанного пространства. В комплекс не следует включать машины для перевозки людей, грузов и технического обслуживания, относящиеся к категории обслуживающих и могущих обеспечить работу нескольких добычных комплексов. Выбранный комплекс машин должен соответствовать горнотехническим параметрам применяемой системы разработки, производительности.

1.2 Выбор комплекса машин и их характеристика

Для бурения шпуров выбираю буровую установку УБШ-208.

Таблица 1.2.1 Технические характеристики бурильной установки УБШ-331д

Размер зоны бурения шпуров, м:
высота	3,2
ширина	4,6
глубина	2,5
Площадь обуриваемого забоя, м2	6-14
Число бурильных машин	2
Тип бурильной головки	ПК60А
Тип ходовой части	Пневмоколесный
Скорость передвижения, км/ч	3,5
Преодолеваемый уклон, град	15
Мощность привода ходовой части, кВт	20
Основные размеры в транспортном положении, м:
длина	6,8
ширина	1,5
высота	1,5
Масса, т	6,25

Таблица 1.2.2 Технические характеристики перфоратора ПК-75

Число ударов в 1 мин	2500
Энергия удара, Дж	88,26
Частота вращения бура, мин-1	75
Крутящий момент на штанге, Н·м	156,9
Усилие подачи, кН, не более	12
Диаметр коронки, мм	40-65
Расход воздуха при бурении, м3/мин	5-7
Масса, кг	60

Для транспортирования отбитой горной массы выбираю рудничный электровоз К-4 и вагонетки типа ВГ10.

Таблица 1.2.3 Техническая характеристика рудничного электровоза К-4

Колея, мм	750
Жесткая база, мм	900
Тяговое усилие, кН	12
Мощность, кВт	12х2
Масса, т	4,2
Длина, мм	3150
Ширина, мм	1300
Высота, мм	1515

Таблица 1.2.4 Техническая характеристика вагонетки ВГ10

Вместимость,м3	10
Ширина, мм	1800
Длина, мм	7300
Высота, мм	1600
Жесткая база, мм	4000
Ширина колеи, мм	750
Масса, т	9
Грузоодъемность, т	25

Для погрузки отбитой горной массы в вагонетки выбираю погрузочную машину периодического действия ППН-3 на рельсовом ходу.

Таблица 1.2.5 Техническая характеристика ППН-3

Вместимость ковша, м3	0,5
Производительность, м3/мин	1,6
Фронт погрузки, м	3,2
Ширина колеи, мм	750
Номинальное давление воздуха, МПа	0,5
Максимальная крупность куска, мм	600
Высота погрузки, мм	1650
Выста с поднятым ковшом, мм	2800
Ширина, мм	1500
Всота, мм	1800

Для заряжания шпуров ВВ выбираю пневмозарядчик "Курама - 7м"

Таблица 1.2.6 Техническая характеристика пневмозарядчика "Курама - 7м"

Принцип действия	эжекторный
Глубина шпуров, м	5
Угол наклона шпуров, град	0-360
Рабочее давление воздуха, МПа	0,5-0,6
Емкость бункера (доза ВВ),кг	0,5-2
Плотность заряжания, г/см3	1,1-1,2
Производительность, кг/мин	до 15
Ослуживающий персонал, чел	2
Диаметр шпуров и скважин, мм	46
Диаметр зарядного шланга, мм	18-20
Расход воздуха, м3/мин	2,5
Габаритны размеры, мм	300х400
Масса, кг	2.2



1.3 Расчет технической и эксплуатационной производительности машин комплекса

1.3.1 Проходческие работы

Производительность комплекса (П_к) зависит от производительности каждой машины:

П_к=f(П_б, Пз, П_пог, П_д, П_кр), (1)

т.е. соответственно производительности бурильных машин, зарядчика, погрузки, доставки и крепления. С другой стороны учитывается либо в метрах, либо (м³) и т.д.

м³/ч. (2)

где V- объем отбиваемого массива, м³;

=S· h_в=4·4,2=16,8 - площадь поперечного сечения выработки, м²;

=1,6·0,76=1,16 - уходка (продвигание) за цикл, м;

-длительность цикла, ч;

Длительность цикла:

ч. (3)

где - время на бурение, ч;

- время на заряжание, ч;

- время на погрузку, ч;

-время на крепление выработки, ч;

- время на настилку путей или подготовку откаточных выработок, ч;

- время на подготовительно-заключительные операции, ч;

Время, затрачиваемое на бурение:

ч. (4)

где =1- время на подготовительно-заключительные операции,ч;

=1,6 - глубина шпура, м;

-число шпуров на забой;

-техническая производительность буровой установки, м/ч.

Число шпуров на забой:

принимаю 38 шпуров. (5)

Масса зарядов ВВ шпуров на весь забой:

кг (6)

где q- удельный расход ВВ [1, табл.4], кг/м³;

S- площадь поперечного сечения выработки, м²;

к_иш- коэффициент использования шпура [1, табл.5];

V- объем отбиваемой горой массы, м³.

Масса заряда ВВ одного шпура:

кг (7)



где =(0,6…0,7)- коэффициент заполнения шпура;

d_п- диаметр патрона, м;

=(1000…1100) кг/м³- плотность зарядки.

Техническая скорость бурения одной бурильной машины:

м/мин. (8)

где V_м, м/мин - механическая скорость бурения;

К₁=0,12…0,26 - коэффициент, зависящий от (f, N_эф, V_п, D_ш и числа бурильщиков); К₂=0,05…0,08 - коэффициент, зависящий от конструкции манипулятора, скорости манипулирования.

Техническая производительность буровой установки:

м/ч, (9)

где К₀=0,9 - коэффициент одновременности работы бурильных машин;

n_бм=2 - число бурильных машин на установке (табл.1.2.1).

Эксплуатационная производительность буровой установки:

м/смену, (10)

где Т_см- продолжительность смены, ч;

К_в=0,5…0,7 - коэффициент использования буровой установки в течении смены.

Время заряжания шпуров:

ч. (11)



где П_тз=(6..8)К_ВЗ=7·0,7=0,49, кг/мин и П_ЭЗ - соответственно техническая и эксплуатационная производительность пневмозарядчика, кг/ч;

=(0,15…1), ч - время на подготовительно-заключительные операции при заря-жании;

К_вз=0,8…0,7 - коэффициент использования пневмозарядчика.

Время проветривания забоя принимается:

принимаю 0,4 ч. (12)

Время погрузки:

ч (13)

где ч - время на обмен транспортных сосудов;

t_зв=(3…5) мин - время загона и выгона машин из забоя;

t₁=(1,5…3) мин - время замены груженного вагона на порожний; n₁- число вагонов в составе;

П_тех.п - техническая производительность погрузочной машины.

1.3.1.1 Определение производительности ковшовых погрузочных машин

Теоретическая производительность ковшевых машин:

м³/мин. (14)

Техническая производительность:



м³/мин, (15)

где п - число циклов погрузки в минуту (п = 4 ... 6 теоретически); Е=0,5 - геометрическая вместимость ковша (табл. 1.2.5), м³;

К_н=(0,7...0,9) - коэффициент наполнения ковша;

К_р = (0,92 ... 0,95) - коэффициент дополнительного разрыхления в ковше;

К_в =(0,4 ... 0,6) - коэффициент использования машины.

Эксплуатационная производительность ковшовых погрузчиков:

м³/смену (16)

где Т_см - длительность смены, мин;

К_В= 0,4…0,6 - коэффициент использования машины.

1.4 Определение числа машин в комплексе

1.4.1 Выбор количества буровых установок

Количество буровых установок выбирается из расчета обеспечения работы погрузочных машин или транспортных округляется до целых чисел.

Для проходческих работ:

принимаю 1 буровую машину (17)

где К'_нб = (1,1... 1,2) - коэффициент неравномерности бурения;

L=160м - заданная протяженность выработки при проходческих работах, м/мес;

Z_CM=3 - количество смен в сутки;

П_эк6 - эксплуатационная (сменная) производительность буровой каретки, м/смену;

г=2,8 - плотность, т/м³;

S_в - сечение выработки, м².

1.4.2 Выбор количества погрузочных машин

Количество погрузочных машин, входящих в комплекс оборудования, определяется исходя из заданного объема горной массы или протяженность горной выработки (L, м/мес).

Для проходческих работ:

принимаю 1 погрузочную машину (18)

1.5 Расчет потребной мощности двигателей, расхода электропневмоэнергии

1.5.1 Расчет мощности двигателей буровых установок

Мощность, затрачиваемая на подачу буровой головки:

кВт, (19)

где F_n - усилие подачи (табл. 1.2.2), Н.

Скорость подачи буровой головки:

м/с (20)



Мощность затрачиваемая на удар:

кВт,

где А и Z_у - соответственно энергия и частота ударов (табл. 1.2.2);

n_у=0,75 - КПД удара.

Мощность, затрачиваемая на вращение бура:

кВт, (21)

где М_кр - крутящий момент на буре (табл. 1.2.2), Н·м;

- угловая частота вращения бура, с^-1; - частота вращения вала двигателя вращения бура, мин^-1;

= 3000 мин^-1- частота вращения вала двигателя вращения бура;

i- передаточное число редуктора вращателя.

Мощность, затрачиваемая на ходовую часть:

кВт, (22)

где V_x - скорость хода, м/с;

= 0,7 - КПД механизма хода;

К₃ - коэффициент запаса мощности;

F_T - сила тяги двигателя, Н;

V_х·F_T=20 кВт - мощность привода ходовой части (табл.1.2.1).

Суммарная мощность двигателей при бурении:



кВт (23)

где п_бм =2- число бурильных машин на установке (табл. 1.2.1);

N_мс = 4 кВт - мощность маслостанции;

К₀ = (0,96... 0,8) - коэффициент одновременности работы бурильных машин.

1.5.2 Расход электроэнергии

Расход электроэнергии бурильной машины:

, (24)

где N_Д=135 - мощность двигателей, кВт;

Z_CM=3 - число смен в сутки;

Z_pc=260 - число рабочих суток в год;

Т_см - продолжительность смены, ч;

К_в = (0,4 ... 0,6) - коэффициент использования машины в течение смены;

п_пм - количество буровых машин.

Расход электроэнергии электровоза:

, (25)

где N_д=24 - мощность электровоза К-4 (табл. 1.2.3).



1.5.3 Расход сжатого воздуха

Расход сжатого воздуха буровой машиной:

м³/год (26)

где Q_мин=6 - расход воздуха двумя буровыми головками (табл. 1.2.2), м³/мин;

К_в = (0,4 ... 0,6) - коэффициент использования каретки в течение смены;

п_бу - число бурильных установок.

Расход сжатого воздуха пневмозарядчиком "Курама - 7м":

м³/год, (27)

где Q_MHH - расход воздуха пневмозарядчиком, м³/мин;

К_в = (0,4... 0,6) - коэффициент использования зарядчика в течение смены;

п_бу - число зарядных машин.



2. Выбор средств механизации для вспомогательных работ

К машинам вспомогательного назначения относятся следующие виды машины для заряжания шпуров "Курама--7м" или скважины, машины для сборки и крепления кровли выработок и камер, закладочные машины, машины для устройства и содержания проезжей части подземных выработок, бульдозеры, машины для перевозки людей, грузов и материалов, машины для перевозки топлива, заправки, мазки, монтажных работ, технического обслуживания и др.

Основные виды подземного шахтного транспорта -- локомотивный, конвейерный, самоходный на пневмошинном механизме перемещения, гравитационный, скреперный, гидравлический и пневматический. Вспомогательный шахтный транспорт (по горизонтальным и наклонным главным и участковым выработкам) -- локомотивный или самоходный, монорельсовый (с локомотивной или канатной тягой), моноканатные дороги или напочвенные дороги с канатной тягой. Перевозку людей осуществляют пассажирскими составами, сформированными из специальных вагонеток, самоходными машинами на пневмошинном механизме перемещения, монорельсовыми или моноканатными подвесными дорогами, реже людскими или специально приспособленными конвейерами. В качестве вспомогательного оборудования шахтного транспорта широко применяют затворы, питатели, опрокидыватели вагонеток, лебедки, толкатели, различное путевое оборудование; контейнеры, поддоны, пакетирующие кассеты для формирования материалов и изделий в грузовые единицы, приспособленные для механизированных способов погрузки, разгрузки и складирования, а также перевозки различными видами транспорта без перегрузки по всему пути их перемещения.



3. Правила техники безопасности и эксплуатации при работе на машинах

Полный период эксплуатации горных машин и оборудования включает в свой состав: монтаж, наладку, эксплуатацию, техническое обслуживание, ремонт и демонтаж.

Основными условиями высокопроизводительной работы горных машин и оборудования является: их использование по прямому назначению в условиях, предусмотренных техническим паспортом: высокая квалификация персонала, эксплуатирующего оборудование; обеспечение высокого уровня надежности и безотказной работы; организация выполнения комплекса мероприятий, предусмотренных системой технического обслуживания и ремонта.

Энергомеханической службе шахтостроительных и шахтопроходческих управлений принадлежит решающая роль в соблюдении всех перечисленных условий, особенно важной в этой связи является организация комплекса мероприятий, предусмотренных системой технического обслуживания и ремонта.

В шахтном строительстве важно производить техническое обслуживание в период технологических простоев забойного оборудования. Так, например, во время погрузки породы при проходке вертикального ствола следует обязательно произвести техническое обслуживание насосного и бурового оборудования, лебедок и т.д. такой подход дает возможность не предусматривать ремонтных смен и позволяет обеспечивать высокие темпы проходки за счет безаварийности техники и максимального ее использования.



Список литературы

подземный рудник машина двигатель

1. Михайлов Ю.И., Кантович Л.И. Горные машины и комплексы. - М.: Недра, 1975

2. Солод В.И. и др. - Горные машин и автоматизированные комплексы. - М: Недра, 1981.

3. Яцких ВТ и др. Горные машины и комплексы. - М.: Недра, 1974.

4. Байконуров О.А., Филимонов AT. Комплексная механизация очистных работ при подземной разработке рудных месторождений. - Алма-Ата: Наука, 1973.

5. Кальницкий Я.Б., Филимонов А.Т. Самоходное погрузочное и доставочное оборудование на подземных рудниках. - М.: Недра, 1974.

6. Байконуров О.А., Филимонов А.Т., Калошин С.Г. Комплексная механизация подземной разработки руд. - М.; Недра, 1981.

7. Сафохин М.С. и др. Конструкция горных машин и комплексов для подземных горных работ. -М.: Недра, 1972.

8. Скорняков ЮГ. Подземная добыча руд комплексами самоходных машин - М: Недра, 1986.

9. Кальницкий Я Б. Безопасная эксплуатация подземного самоходного оборудования. -М.: Недра, 1982.

10. Ю. Иванов К.И., Латышев В.А и др. Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых. - М : Недра, 1987.

11. П. Васильев В М. Перфораторы. - М: Недра, 1989.

12. Иванов К.И., Ципкис A.M. Бурение шпуров и скважин самоходными шахтными установками - М: Недра, 1983.

13. И. Музкин С.С. Погрузка руды самоходными машинами. - Алма-Ата: Наука, 1984

14. И. Медведсв И.Ф Режимы бурения и выбор буровых машин. - М.: Недра, 1986.

15. Горнопроходческие машины и комплексы (под ред. Грабчак Л.Г.). - М.: Недра, 1990.

16. Гетопанов В.Н. и др. Горные и транспортные машины и комплексы. - М.: Недра, 1991.

17. Скоробогатов СВ. и др. Горнопроходческие и строительные машины. -М: Недра, 1985.

18. Справочник механика рудной шахты (под ред. Донченко А.С). - М.:

Недра, 1978.

19. Шахтная погрузочная машина ПНБ-4 (авт. Грамм ГА. и др.) - М.: Недра, 1974.

20. Нанаева ГГ., Нанаев АИ Горные машины и комплексы для добычи руд.-М.: Недра, 1982.

Размещено на Allbest.ru