Выбор и расчёт комплексной механизации очистного забоя

ВВЕДЕНИЕ

 

Одним из важнейших направлений технического прогресса в горной промышленности является комплексная механизация очистных работ.

Проблема механизации и автоматизации угольной промышленности характеризуется исключительно сложными условиями труда человека и эксплуатации горных машин. Стесненность и непрерывность перемещения рабочего места, запыленность и взрывоопасность рудничной атмосферы, возможность динамических форм проявлений горного давления, нарушенность месторождений, разнообразие углов падения и мощности угольных пластов,  неоднородность физико-механических свойств углей и горных пород - вот перечень только самых основных факторов, которые необходимо учитывать, начиная с проектирования и заканчивая выбором и обеспечением эффективной и безопасной эксплуатации горных машин и оборудования.

Специфические условия эксплуатации горных машин определяют и специфические требования к горным машинам, среди которых наиболее важными являются: соответствие габаритов машин размерам рабочего пространства и возможность их свободного перемещения в забое; возможность разборки машины на транспортабельные сборочные единицы; обтекаемость корпуса; достаточный запас прочности; высокая устойчивость; наличие в конструкциях средств, предохраняющих машину от движения вниз под действием собственного веса, возможность нормальной смазки и доступ ко всем элементам с целью их технического обслуживания. Всем перечисленным требованиям соответствуют горные машины и комплексы третьего поколения.

Комплексная механизация основных процессов и операций комплексами третьего поколения позволила повысить среднесуточную нагрузку на лаву и производительность труда. Увеличилась знерговооруженность очистных комбайнов и забойных конвейеров. Реализовано решение о значительном повышении рабочего сопротивления механизированных крепей за счет увеличения рабочего диаметра гидростоек и их числа в секции крепи, увеличении начального распора и коэффициента затяжки кровли, передвижки секций с подпором кровли, а также о снабжении их гидроуправляемыми консолями с увеличенным усилием поддержания кровли в призабойной зоне. Насосная станция обеспечивает повышение начального распора, что вместе с большим сопротивлением крепи ограничило нежелательно высокое сближение боковых пород, являющееся основной причиной потери целостности непосредственной кровли в зоне работы комбайна.

В связи с увеличением установленной мощности выемочно-доставочного оборудования очистных комплексов реализовано увеличение напряжения силового оборудования.

В курсовом проекте рассматриваются оборудование для очистных работ третьего поколения, применяющиеся на шахтах рудника

 

 

1 ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПЛАСТА

 

Пласт отрабатывается на глубине …м. Угол падения пласта…0. Мощность пласта в среднем составляет…м и изменяется в пределах …, м.

В средней части пласт содержит прослойка слабого аргиллита (f=…) суммарной мощностью …м. и в нижней части прослоек мощностью …м., отделяющий пачку угля мощностью….м.

Пласт представлен блестящим углем крепостью f=… сопротивления угля резанию … кН/м.

Гипсометрия пласта простая, слегка волнистая, но не исключено наличие мульд глубиною до …м. Наличие колчедана …,м. Возможны отжимы угля, поэтому необходимо проводить оборку их по мере образования.

Непосредственная кровля - алевролит средней крепости (f=…) … класс устойчивости, мощность изменяется от …м..

Основная кровля пласта - алевролит крупный (f=…), мощностью…м.

Почва пласта - алевролит средней крепости (f=…), при размокании склонен к пучению.

Приток воды в забой составит не более …, м3/час.                                                                                                                                  

Природная газоносность пласта составляет …, м3/т.

В тектоническом отношении пласт простой, дизъюнктивных нарушений нет, но не исключено наличие зон повышенной трещиноватости.

 

 

 

 

2 ВЫБОР  СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ И СПОСОБА УПРАВЛЕНИЯ КРОВЛЕЙ

 

Рациональной является такая система разработки пласта, которая обеспечивает высокую безопасность труда, экономическую эффективность, высокую степень механизации и производительности труда.

На основании заданных условий выбираем систему разработки длинными столбами по простиранию.

Система разработки длинными столбами по простиранию характеризуется независимым ведением очистных работ в пределах выемочного поля. На момент начала очистной выемки все подготовительные выработки должны быть проведены на всю длину. Столбовая система разработки имеет преимущества по сравнению с другими системами: предварительное проведение выработок способствует дегазации пласта; заблаговременное проведение подготовительных выработок позволяет детально разведать пласт, что очень важно при применении механизированных комплексов; лучшие условия для проветривания очистных забоев, чтобы утечки воздуха были минимальными.

Управление кровлей – это совокупность мероприятий по регулированию горного давления в рабочем пространстве очистного забоя и прилегающих к нему подготовительных выработок для обеспечения безопасного выполнения производительности процессов.  Принимаем способ управления кровлей - полное обрушение.

 

 

 

3 ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ

 

Под комплексной механизацией очистных работ следует понимать систему технологически, кинематически и конструктивно связанных между собой машин и механизмов.

Очистные комплексы позволяют механизировать и совмещать во времени все основные операции технологического процесса в очистном забое: отделение полезного ископаемого от массива; доставку угля из очистного забоя; передвижку забойного конвейера;  крепление призабойного пространства и управление горным давлением.

Современные угледобывающие комплексы состоят из  оборудования, смонтированного в очистном забое и размещаемого в прилегающих к лаве выработках.

Исходя из горно-геологических условий выбираем механизированный комплекс …

В лаве размещается оборудование: узкозахватный комбайн …  , механизирующий процессы зарубки, отделение полезного ископаемого от массива, погрузки на доставочные средства; забойный скребковый конвейер …, транспортирует горную массу из очистного забоя; механизированная передвижная крепь …, предназначена для крепления выработанного пространства в лаве, ограждение рабочего пространства от проникновения обрушенных горных пород кровли и управления горным давлением. Кроме того механизированная крепь в большинстве случаев обеспечивает передвижение к забою конвейера с самозарубающимся узкозахватным комбайном.

В прилегающих к лаве выработке размещаются крепи сопряжения забоя с конвейерным  и вентиляционным штреками; насосные станции … для подачи рабочей жидкости к секциям механизированной крепи; типовая оросительная система, для подачи воды к форсункам установленным на комбайне и в местах наибольшего пылеобразования; скребковый перегружатель …, передающий горную массу с конвейера лавы на ленточный конвейер, дробилка … и энергопоезд.

Технические характеристики оборудования комплекс приведены в таблицах.

  Таблица 3.1  Техническая характеристика крепи

Параметры	Значение

                         

 Таблица 3.2 Техническая характеристика комбайна

Параметры	Значение

 

 Таблица 3.3  Техническая характеристика конвейера

Параметры

 

4 ВЫБОР МЕХАНИЗИРОВАННОЙ КРЕПИ

 

  Механизированная секция …

4.1 Проверка крепи  на несущую способность

Важнейшим параметром механизированной крепи является ее рабочее сопротивление на единицу площади поддерживаемой кровли (кН/м2) и на 1м посадочного ряда (кН/м).

Проверка крепи на несущую способность сводится к сопоставлению расчетных нагрузок на крепь от действия пород непосредственной кровли ( и )  соответствующими рабочими сопротивлениями ( и ), взятыми из технической характеристики крепи.

Рабочая нагрузка на 1м2 площади кровли пространства забоя определяется по формуле:

 

кН/м2                                          (4.1)

где: – мощность непосредственной кровли;

 – объемный вес пород непосредственной  кровли.

Нагрузка на 1 м посадочного ряда крепи определяется по формуле:

 

. кН/м                                (4.2)

где: – длина секции крепи по перекрытию;

- шаг передвижения секции.

Для нормальной и безопасной работы должны иметь место неравенства:

 

кН/м2                                                           (4.3)

кН/м

где: – сопротивление крепи на 1 м поддерживаемого пространства;

- сопротивление крепи на 1 м  посадочного ряда.

 

4.2 Определение  типоразмера крепи

Мощность пласта не является величиной постоянной, она изменяется в пределах очистного забоя и по длине выемочного поля.

Проверяем крепь на возможность ее работы в условиях опускания кровли над передними и задними рядами гидростоек.

 

м                                        (4.4)

м

где: , – минимальная и максимальная конструктивная высота крепи,м ;

  , – минимальная и максимальная мощность пласта, м.

- коэффициент, учитывающий класс  кровли,(1класс-неустойчивые породы -0,04; 2класс устойчивый породы -0,025; 3класс весьма устойчивый породы-0,015

- запас раздвижности гидростоек  на разгрузку (для мощности пласта более 0,8м=0,03м; для мощности пласта 0,81-1,2м=0,04м; для мощности пласта более 1,2м=0,08м) .

 и  -  расстояние от плоскости забоя до оси передней и задней стоек, м:

,м

,м

где: – расстояниe от гидростойки до передней кромки козырька;

- расстояниe от забоя до кромки козырька;

- ширина захвата.

 

4.3 Расчет количества  секций

Число установленных секций в лаве определяется по формуле:

 

шт.                                                                (4.5)

где: – длина лавы;

 – шаг установки крепи.

 

 

5 ВЫБОР ВЫЕМОЧНОЙ МАШИНЫ

 

  Комбайн типа  состоят из следующих основных узлов:

……………………………………………………………………………….

 

 

   5.1 Расчет скорости подачи очистного комбайна

Определяем скорость подачи комбайна по четырём ограничивающим факторам: мощности двигателя комбайна; вылету резца; газовому фактору; производительности забойного конвейера.

 

 

  5.1.1 Определение скорости подачи комбайна по мощности  двигателя привода исполнительного органа

 

м/мин                                                        (5.1)

где: – устойчивая мощность привода исполнительного органа двигателя комбайна;

 –  удельные энергозатраты по выемке угля;

 – ширина  захвата;

- объемный вес  угля.

 

 5.1.2 Определение скорости подачи комбайна по газовому  фактору

 

, м/мин                                                        (5.2)

где: – проходное сечение под крепью для воздуха, м2;

– допустимая концентрация метана в исходящей струе ,%;

– максимально допустимая скорость движения воздухаю, м/с);

– коэффициент дегазации пласта;

– относительная метанообильность пласта;

 – ширина захвата м;

      - объемный вес угля,  т/м³;

- максимальная мощность пласта, м.

 

 

  5.1.3 Определение скорости подачи комбайна по  производительности конвейера

 

м/мин.                                                                 (5.3)

где: –максимальная производительность конвейера, т/мин;

- максимальная  мощность пласта м;  

 – ширина захвата ,м;

  - объемный вес угля, т/м³;

Из произведенных расчетов, с учетом технической характеристики очистного комбайна, принимаем рабочую скорость перемещения комбайна … м/мин. 

 

5.2 Расчет производительности  очистного комбайна

Производительность очистного комбайна определяется количеством угля, добытого в единицу времени.

Определяем теоретическую, техническую и эксплуатационную производительность комбайна.  

 Теоретическая производительность определяется количеством угля, добытого комбайном за единицу времени при непрерывной работе:

 

Qтеор=m×B×Vn×g, т/мин или т/час                                                   (5.4)

где: m – средняя мощность пласта м;