автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование технико-эксплуатационных параметров выемочного оборудования для механизированной добычи угля в условиях шахт Афганистана

Р Г 5 ОД О /} ПАР Шб

На правах рукописи

НАДЖИБУЛЛА ПУЯН

УДК 622.232.72:622.33(581)

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ВЫЕМОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ДОБЫЧИ УГЛЯ В УСЛОВИЯХ ШАХТ АФГАНИСТАНА

Специальность 05.05.06 — «Горные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1996

Работа выполнена в Московском государственном горном университете.

Научный руководитель докт. техн. наук, проф. РАЧЕК В.,М.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф. РАДКЕВИЧ Я. М., канд. техн. наук ЮРИЦЫН В. А.

Ведущее предприятие — АО «Крангормаш».

Г"'

Защита диссертации состоится «/¿Г. » с^бб^*1*- 1996 г.

в </-7. . час. на заседании диссертационного совета К-053.12.03 в Московском государственном горном университете по адресу: 117935, ГСП-1, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан . »

1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

канд. техн. наук, проф. ШЕШКО Е. Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одно из основных направлений экономического и социального развития Афганистана в ближайшей перспективе после восстановления мира предусматривает развитие промышленной базы страны.

Для достижения поставленной цели большую роль играет угольная промышленность Афганистана. Общие геологические запасы страны составляют 300-500 млн.т. Исходя из поставленных задач в угольной промышленности необходимо довести уровень добычи угля из очистных забоев с 60 до 900 тыс.т в год.

Б настоящее время работает только одна угольная шахта "Кар-кар-Дудкаш", где ежегодно добывается около 60 тыс.т угля. Шахты "Сабзак", "Дахани-Тор", "Ишпушта" и "Шабашек", которые работали раньше или находились в стадии строительства, в настоящее время из-за непрекращающейся войны полностью разрушены.

Шахта "Каркар-Дудкаш" работает на треть освоенной ранее мощности и оснашена примитивными средствами добычи и транспортировки, что является главным фактором низкого уровня производства. ХзктиЧ.еское состояние технической оснащенности по основным технологическим звеньям находится на очень низком уровне. В очистных и подготовительных забоях при камерной и камерно-столбовой системах разработки применяются для отбойки угля ручные инструменты I кайло, обушок, лопата и т.д.) и лишь в отдельных случаях - отбойные молотки. *

Доставка угля из забоя осуществляется ьручную с помощью лопат, желобов и вагонеток, перемешаемых вручную.

Крепление - исключительно деревянное, что вызывает огромные проблемы, т.к. б Афганистане практически отсутствуют лесные ресурсы. Дерево продается на вес и цена его приближается к ценам на отдельные виды овощей и фруктов.

По откаточным этажным штрекам уголь транспортируется с помощью локомотивной откатки в однотонных вагонетках дизелевозами. На других, ранее действовавших угольных шахтах Афганистана уровень технической оснащенности был еше более низкий, чем на шахтах " Каркар-Дудкаш".

В настоящее время в связи с низким уровнем механизации существует большой разрыв между потребностями б угле и фактическим ■ - I -

объемом его добычи. Этот разрыв определяется соотношением, равным 7:1.

Ясно, что сохранение прежнего положения с механизацией добычи угля не позволяет устранить диспропорцию между потреблением и производством.

Следовательно, одной из важнейших задач, стоящих перед работниками горнодобывающей промышленности Исламского государства Афганистан (ИГА), является увеличение добычи полезных ископаемых, особенно угля, для максимального удовлетворения потребностей населения и отраслей промышленности.

Эффективность работы горнодобывающей промышленности и рост добычи полезных ископаемых в условиях ИГА во многом зависят от оснащенности всех процессов производства современными горными машинами.

Эффективность работы очистного оборудования во многом зависит от его конструктивных и технических параметров.

Однако научно обоснованной оценки эффективности его применения для условий Афганистана до настоящего время нет.

В связи с вышеизложенным обоснование технико-эксплуатационных параметров выбираемого выемочного оборудования для механизированной добычи угля в условиях шахт Афганистана является актуальной научной задачей.

Цель работы заключается■ в ..разработке имитационных моделей работы очистного оборудования для длинных и коротких забоев и установлении на их основе параметров и технико-эксплуатационных показателей его работы для условий'угольных месторождений Афганистана. ,

Идея работы: используя имитационное моделирование, оценить влияние специфических условий эксплуатации на технико-эксплуатационные показатели работы выемочного оборудования при варьировании его конструктивных и режимных параметров.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна:

1. Результаты моделирования работы очистного оборудования, показавшие, что существенные ступенчатые колебания мощности пласта по длине лавы приводят к увеличению числа непроизводительных операций и снижению производительности оборудования.

С. Зависимости, связывающие конструктивные и режимные пара- с - :

метры оборудования с технико-эксплуатационными показателями его работы для различных условий эксплуатации.

Обоснованность н достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

корректным математическим описанием операций, выполняемых очистным оборудованием, учитывающим как параметры оборудования; так и условия его эксплуатации, значительным объемом моделирования для широкого диапазона условий работы. Ошибка моделирования не превышала 13-20 X.

Научное значение диссертационной работы заключается в разработке модели функционирования очистного оборудования и установлении зависимостей, связывающих параметры очистного оборудования с горнотехническими условиями его эксплуатации для условий Афганистана.

Практическое значение работы заключается в обосновании применения очистного оборудования типа 0КП70 (комплекс для длинных забоев) и комплекта оборудования на базе комбайна 12СМ5-8В фирмы JOY (для коротких забоев.) в условиях угольного месторождения "Шабашек" и установлении технико-эксплуатационных показателей его работы.

Разработана методика оценки производительности комплекса для длинных забоев, учитывающая колебания мощности пласта по длине лавы.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на Международном семинаре " Проблемы и перспективы развития горной техники."- М.: МГГУ, 1994.

'■. Публикации. По теме диссертации опубликованы 2 печатные работы.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, заключения, содержит 133 страниц машинописного текста, 18 рисунков, 21 таблицу , список использованной литературы из 66 наименований и 1 приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

V.B настоящее время существует достаточно много научно-исследовательских и проектных работ по шахтам и угольным месторождени-

г»

- О -

лм Афганистана, выполненных отечественными специалистами, а также научными работниками и проектировщиками бывших СССР и Чехословакии.

В Московском государственном горном университете (МГГУ) были подготовлены десятки специалистов для горнорудной промышленности Афганистана.

В первую очередь необходимо отметить вклад российских и афганских ученых .( А. С. Малкина, И. И. Шаравара, Мир Фахруддина, Мохамада Карима, Шамса Самади, Залмая Джахангири и др.) в исследование производственных процессов, технологических схем и средств механизации на угольных шахтах и перспективных месторождениях Афганистана.

В ходе выполнения работы был использован комплексный метод научных исследований, включающий научно-технический анализ производственного опыта, литературных и фондовых материалов, методы математической статистики и анализа, математическое моделирование на ЭВМ. '"7

В работе проанализированы горно-геологические условия .залегания углей в Афганистане.

Общие геологические запасы страны составляют 300-500 ' млн.т, но они еще полностью не оценены. Разведанные запасы объемом 85 млн.т разрабатываются на месторождениях "Каркар-Дудкаш","Идпущ-та", "Дарисуф" и "Сабзак.", ; ■ V ;

Наиболее крупным и разведанным является Шабашекское каменноугольное месторождение.

Всего на месторождении установлено 12 рабочих, пластов угля мощностью от 0.8 до 3.15м.

Потребность в угле по народному хозяйству страны имеет тенденцию интенсивного роста и составит к 2000 г. 908 тыс.т.

Анализ горно-геологических условий залегания углей показывает, что : месторождения сильно нарушены разрывными нарушениями, пласты не выдержаны по мощности, пределы распространения пластов ограничены, большей частью пласты наклонного и крутонаклонного залегания.

Исключение составляет месторождение "Шабашек", которое, лишено всех перечисленных недостатков. Поэтому считается целесообразным рассматривать отдельно перспективные средства механизации для месторождения "Шабашек" и других месторождений ИГА. /

Анализ свойств угля и вмещающих пород показал, что с точки зрения выемки угли месторождений могут отбиваться любыми исполнительными органами выемочных машин за исключением некоторых пластов месторождения "Шабашек".

Включения прослойков и . пирита незначительны и не могут служить существенным препятствием для механизации работ по отбойке угля.

В основном угольные пласты месторождений Афганистана относятся к тонким с мощностью 0.75 м < ш < 1.2 м и средней мощности 1.2 м < т 3.5 м. Большие значения мощности пластов фиксируются только в отдельных зонах раздувов.

Угол падения пластов, в основном, составляет 25-35°. Пологое падение встречается только на нижних горизонтах разведанных месторождений. .. .

Применяемая на шахтах "Каркар" и "Дудкаш" камерная система разработки характеризуется низкой производительностью труда (1.2-1.5 т/смену), большим расходом крепежного леса Гхотя часть его используется повторно) (до 37-40 м3/1000 т), большой трудоемкостью и т.д. Кроме, того, при применяемых вариантах камерных систем разработки без погашения верхней толщи угля эксплуатационные потери доходят до 55-57 X.

Используемые в.настоящее время на шахтах средства механизации и технологии являются весьма примитивными. Тем не менее подобные схемы применялись при разработке отдельных месторождений кустарным способом в Центральной Азии, Сибири , на Урале в прошлом и начале нынешнего столетия.

Необходимо обосновать.. наиболее рациональные и перспективные виды оборудования для обеспечения растущих потребностей страны в угле в настоящее время и в перспективе.

Анализ горно-геологических условий и применяемых в мировой практике средств механизации очистных работ на пластах, залегающих в относительно благоприятных условиях, показывает перспективность длинных комплексно-механизированных очистных забоев.

В мировой практике накоплен опыт использования оборудования для очистных работ с короткими забоями:

а) буровзрывной отбойкой; . б) комбайновой выемкой и органной крепью при погашении междукамерных целиков;

в) комбайновой выемкой и механизированной гусеничной крепью. Наиболее предпочтительно оборудование по пункту "в". Рассмотренные средства комплексной механизации позволяют сформировать так называемые базовые (основные) средства механизации для очистных работ, которые будут охватывать подавляющее число шахтопластов. В то же время для отработки отдельных нарушенных участков и шахтопластов, залегающих в нетипичных горно-геологических условиях, могут применяться другие средства механизации, основанные на'применении менее распространенных средств и способов ведения очистных работ: пневмобаллонные крепи, бурошнековые установки, канатные пилы и т.п. Б настоящее время в промышленности России и стран с развитым машиностроением 1,в первую очередь США) выпускаются комплексы машин и оборудования для механизации очистных работ практически во всем диапазоне горно-геологических условий. . ■ .'•

Именно уровень механизации основных .производственных, процессов в очистном забоев определяет эффективность очистного оборудования в целом. Наиболее универсальным, комплексным показателем является производительность труда рабочего на очистных работах. В США она составляет 63.5 т/бых., в ЮАР - 39.3, в Афганистане - 1.2 т/еых.

Американский опыт не может быть принят для сравнительной оценки различных вариантов очистного оборудования, т.к., там длинные забои используются в благоприятных условиях, а короткие - во всех остальных случаях.

Опыт России и других стран СНГ также не подходит для такой оценки, так как в этих странах практически отсутствует опыт эксплуатации коротких забоев с мобильными комплексами оборудования. .

В наибольшей степени поставленной цели удовлетворяет опыт Южно - Африканской Республики, где пласты отрабатывают примерно в одинаковых горно-геологических условиях всеми тремя принципиально отличными схемами механизированной выемки (1Л/-длинные забои; ЗИ -короткие лавы; ВРЕ - камерная с погашением целиков). При этом были получены следующие результаты :

а) производительность труда рабочего по участку: ЬМ -110; ЗУ • 50; !?РЕ - 64 т/чел.- смену; 6) себестоимость угля по участку: 1Л -5.93; - 8.62; ИРЕ - 5.48 долл. США /т.

Зто объясняется достаточно высокой производительностью при

-6-' I'

I

весьма низких удельных капиталовложениях на очистное оборудование при использовании мобильного оборудования.

В Афганистане технологию КРЕ можно применять на участках, разрабатывающих пологие пласты в условиях практически всех каменноугольных месторождений при мощности пласта от 1.5 м. Таким образом, четко просматриваются два основных варианта очистного оборудования работ для всех шахт и месторождений Афганистана:

а) для пластов тонких и средней мощности, залегающих в благоприятных горно-геологических условиях, - длинные забои с очистными механизированными комплексами;

б) для пластов средней мощности, залегавших в неблагоприятных горно-геологических услоеиях, - короткие забои с применением мобильных комплектов очистного оборудования.

Именно обоснование технико-эксплуатационных параметров выемочного оборудования для механизированной добычи угля в условиях шахт Афганистана посвящена настоящая работа.

Оценка технико-эксплуатационных показателей работы основного оборудования очистного комплекса при отсутствии вовможности непосредственного наблюдения в реальных условиях эксплуатации возможна на основе моделирования.Точность получаемых результатов определяется степенью учета внешних факторов, конструктивных и режимных параметров оборудования, динамических свойств его, пара метров управления, затрат времени на устранение отказов и подготовительно-заключительные операции. Режимные параметры оцениваются с учетом вида и количественных значений внешних нагрузок и условий.

Наиболее эффективным является использование имитационных моделей работы оборудования. Определенная развитость математического описания работы его подсистем в сочетании с возможностями ЭВМ дает удовлетворительные результаты.

Относительно просто решается задача определения количественных показателей влияния времени отдельных технологических операций, организации работ и надежности оборудования на общую продолжительность выемочного цикла, а следовательно, и на скорость продвижения фронта очистного забоя и производительность комплекса.

В основе принятой в диссертации имитационной модели лежит описание последовательности работы оборудования очистного комп-

лекса б- выемочном цикле.

Данное описание формализуется представлением выемочного цикла в виде направленного графа, составляющими которого выступают продолжительности отдельных технологических операций. Общая длительность Быемочного цикла при анализе графа определяется с учетом возможных задержек в последовательности отдельных операций. Если операции выполняются параллельно, то при суммировании зачитывается операция с большей длительностью. Работа очистного комбайна, механизированной крепи, скребкового конвейера моделировалась отдельными блоками, взаимно увязанными между собой.

С целью определения технико-эксплуатационных показателей работы очистного механизированного комплекса типа 0КП70 в условиях, аналогичных месторождению "Шабашек", было выполнено численное моделирование его работы на ЭВМ IBM PC/AT 386 с использованием в качестве исходных имитационных моделей, разработанных на кафедре ГШ МГГУ.

В процессе моделирования варьировались такие параметры, как длина лавы, средняя мощность пласта, коэффициент готовности оборудования, физико-механические свойства угля и вмещающих пород, а также возможное изменение мощности пласта по длине лавы.

Учитывались низкая механизация, организация труда и квалификация рабочих, которые отрицательно сказываются на работе очист-' ного оборудования. Данные обстоятельства учитывались при моделировании продолжительности подготовительно-заключительных операций, в значениях коэффициентов готовности, затрат времени на управление оборудованием в технологических операциях.

Для моделирования были приняты следующие условия: глубина залегания 100 м; мощность пласта 2.0Х + S.5 м; длина лавы 70, 100 и 150 м; породы почвы и кровли - аргиллитоподобные глины и песчаники; плотность угля г = 1.4 т/м3; твердые включения в пластах угля не наблюдаются.

Угли Шабашекского месторождения крепкие и вязкие с сопротивляемостью резанию АСР= 240 кН/м.

В качестве объекта выбран очистной комплекс 0КП70. Имитационная модель учитывала конструктивные и энергетические параметры оборудования, структуру гидравлических цепей механизированной крепи, внешние нагрузки.

Продолжительность выемочного цикла может быть' представлена

графом операций, изображенным на рис.1.

В процессе моделирования варьировались:

- длина лавы L = 75 м, 100 м, 150 м;

- мощность пласта Н = 2 м, 2.5 м, 3.0 м, 3.3 м.

ti

ts

t5

ti-

tg-4

t4

Рис.1. Граф операций выемочного цикла.

На рис.1 приняты следующие обозначения :

1. Выемка угля, 11;

2. Крепление,

3. Маневрирование, Ьэ;

4. Передвижка конвейера, 14;

5. Самозарубка,

1:1 -2- время задержки операции 2 по отношению к операции 1;

1:3-4- время задержки операции 4 по отношению к операции 3.

Имитационная модель позволила определять продолжительность отдельных операций для подсистем: комбайн, крепь, конвейер. При этом учитывались физико-механические свойства угля и боковых пород, конструктивные и энергетические параметры оборудования, упругие свойства деформируемых систем, вид и параметры'гидравлических цепей рабочих цилиндров крепи, удельные энергозатраты, затраты Бремени на управление и устранение отказов и др. Эти материалы подробно рассмотрены в диссертации.

Общая продолжительность выемочного цикла с учетом времени на устранение неполадок составляет ^ = 1:

Полученные значения приведены в табл.1.

Зная общую продолжительность выемочного шита и величину захвата комбайна, можно определить фронтальную скорость очистного забоя, а с учетом длины лавы и мощности пласта - производительность .

-Значения технической производительности комплекса сведены ь табл.2.

Таблица 1

Общая продолжительность выемочного цикла

Мощность ■пласта н, м Обшая продолжительность выемочного цикла (мин.) при длине лавы, м

1 ' 70 1 = 100 1 = 150

2.0 2.5 3.0 3.5 87.41 91.77 96.0 99.3 124.2 102.8 140.59 1 146.37 197.37 208.56 229.65 240.96

Графики зависимости технической производительности от длины лавы и мощности пласта показаны на рис.2.

Учитывая, что пласты Шабашекского месторождения имеют непостоянную мощность по длине лавы, было выполнено моделирование работы комплекса в лаве, где мощность пласта колеблется от 2 до 3 м: участок Н1-2 м, Ц-30 м; Нг-2.5 м, 12=30 м; Нэ=3.0, Ьэ=40 м.

Таблица 2

Техническая производительность комплекса

Мощность пласта н, м Техническая производительность комплекса Цт, т/ч. при длине лавы, м

Ь - 70 1 ' 100 1 - 150

2.0 2.5 3.0 3.5 84.67 99.96 114.66 129.654 85.68 98.7 113.4 126.42 80.64 94.5 102.06 114.66

Анализ колебаний мощности пласта по длине лавы показывает, что наблюдается снижение производительности с 98.7 до 85.29 т/ч, т.е. на 13.6 X. •

Имитационная модель очистного оборудования для коротких забоев была разработана на основе моделей, которые созданы на кафедре ТПУ МГГУ.

Для целей настоящей работы технико-эксплуатационных показателей очистного оборудования были выражены через конструктивные параметры применяемого оборудования.

Выход угля с одного цикла при отработке камеры:

0ц » Ьк.Ь^ио.С!^, т ,

где Ь^- ширина камеры, м; Ь - высота камеры, м; с1Исг диаметр

- 10 - I

От, т/ч

140 130 120

100

80

60

40

а)

^ 75 Йо "По Ь. М

1. Н-2.0 м; 2. Н-2.Б м; 3. Н-3.0 м; 4. Н-3.5 м

От. т/ч 1301 120

100

80

60

40

2.0 2.6 3.0 З.б н. м

1. 1-70 М; 2. Ь-100 М; 3. 1.-1Б0 М

Рис.2. Графики зависимости технической производительности очистного комплекса СЗТ: а) от длины лавы (Ь); С) от мощности пласта (Н)

•исполнительного органа комбайна, м; коэффициент извлечения отбитого угля из камеры; г - плотность угля, т/м3.

' Продолжительность цикла по выемке угля в камере:

био Ь-Йио Ьк"1цо ^1-С1ио Ьк"1ио

Тик.» -- + - + - + —- + ~-• с<

'/пф УПВ ^ПГР '^ЛН ^пгм

где 1И0 - длина исполнительного органа комбайна,м; Уп* -скорость фронтальной подачи комбайна на забой, м/с; УПв~ скорость подъема исполнительного органа комбайна, м/с; 7ПГР- скорость рабочего перемещения исполнительного органа комбайна поперек камеры, м/с; УПгм " то же маневрового, м/с; УПН" скорость опускания исполнительного органа комбайна, м/с.

Техническая производительность при ьыемке угля из камеры определяется возможностями средств транспорта:

60 • Б • ки • пв

О.т = -:- , т/мин,

Три

где 3 - грузоподъемность вагонетки, т; ки- коэффициент использования вагона; пЕ- число вагонеток,обслуживающих одну камеру; Трк - длительность рейса вагонетки, с.

Среднесуточная добыча из яруса за все время выемки угля из выемочного поля определяется как соотношение общего объема добытого угля из яруса к числу суток, затраченных на его выемку.

Для оценки влияния горно-геологических факторов на эффективность использования средств механизации, а также определения влияния конструктивных параметров оборудования на показатели очистного оборудования в целом необходимо обеспечить,варьирование следующих горно-геОлогических и конструктивных параметров.

Горно-геологические,- мощность угольного пласта; крепость угля; крепость пород непосредственной кровли; угол падения пласта.

Конструктивные:

1) выемочная машина: диаметр и длина исполнительного органа; скорость фронтальной подачи комбайна на забой; скорость подъема исполнительного органа; скорость рабочего перемещения исполнительного органа поперек камеры;

- 12 -

£') достаЕочная машина:грузоподъемность самоходной вагонетки; скорость разгрузки самоходной вагонетки; скорость движения груженой Еагонетки; скорость движения порожней вагонетки.

Исходные данные математической модели включают 153 значения, объединенные в группы, характеризующие пространственно-планировочные решения сети выработок; очистное оборудование; горно-геологические условия; анкерное крепление; средства выемки; средства доставки; средства крепления 1 бурение шпуров и установку анкеров, механизированную крепь); средства транспорта; экономику и организацию работ на участке.

Так как большинство стоимостных параметров не имеют аналогов в Афганистане, были использованы их значения, применяемые в условиях Российской Федерации с последующим переводом рублей в афгани по условному курсу: 1 руб.= 1 афг.

Так как в практике научных исследований, проводимых в России, из-за нестабильности стоимостных параметров не представляется возможным использовать фактический уровень цен, были использованы последние стабильные параметры, а именно на 1.01.91 г.

В ходе моделирования влияния конструктивных факторов оборудования на эффективность короткозабойного очистного оборудования было установлено, что с увеличением диаметра барабана теоретическая производительность комбайна в рассматриваемом диапазоне значений (0.4-1.4 • м) возрастает пропорционально. Это объясняется тем, что с ростом диаметра барабана возрастает и выход угля с цикла обработки забоя комбайном.

Более сложен характер зависимости технической производительности комбайна по отбойке угля в заходке от диаметра исполнительного органа. В диапазоне значений диаметра 0.4-0.6 м при возрастании этого показателя на 50 X техническая производительность возрастает с 1.23 до 1.30 т/мин, т.е. на б X'.

В диапазоне значений диаметра 1.0-1.2 м при возрастании этого показателя на 20 X техническая производительность комбайна возрастает только с 1.35 до 1.35 т/мин, т.е. на 0.74 X. Таким образом, график выполаживается, особенно после значений диаметра исполнительного органа комбайна в 0.8 м.

Эксплуатационная производительность в камере' также имеет нелинейный характер зависимости от диаметра исполнительного органа, причем влияние этого фактора несущественно. Так, при возрастании

- 13 -

диаметра от 0.4 до 1.2 м эксплуатационная производительность комбайна возрастает только с 1.30 до 1.33 т/мин.

При значениях диаметра 0.6-0.8 м график практически выпола-живается. Такой характер зависимости объясняется тем, что техническая и эксплуатационная производительности намного ниже теоретической из-за технологических перерывов, а именно:отсутствия порожних вагонеток, остановки на анкерование кровли, перегона комбайна при переходе от выемки камеры к выемке целиков и т.п.

Показанная закономерность указывает на целесообразность использования в условиях Афганистана менее энерговооруженных и, естественно, более дешевых выемочных комбайнов с барабанами диаметром 0.4-0.6 м.

Теоретическая производительность комбайна с ростом длины исполнительного органа возрастает, но характер зависимости нелинейный. Если в диапазоне длины 1.0-1.5 м, т.е. при увеличении значения на 50 X, теоретическая производительность возрастает, с 0,09 до 0.096 т/с, т.е. на 6.7 2, то в диапазоне длины 2.5-3.0 м, т.е. при увеличении значений на 20 Z, теоретическая производительность возрастает с 0.124 до 0.140 т/с, т.е. уже на 12.9 X. Такое возрастание объясняется снижением времени цикла обработки забоя за счет уменьшения времени на горизонтальные перемещения исполнительного органа.

Техническая производительность комбайна в заходке также зависит от длины исполнительного органа комбайна нелинейно.При этом темпы прироста производительности падают, что обусловлено более сложным влиянием исследуемых факторов.

На рис.3,а приведены графики, характеризующие зависимость технико-эксплуатационных показателей от скорости фронтальной подачи комбайна.

Теоретическая производительность комбайна зависит от скорости фронтальной подачи нелинейно. При этом темпы прироста уменьшаются, приближаясь линейно к значению 0.145 т/с, величине, постоянной для данного диаметра барабана (в нашем случае 0.8 м).

Техническая производительность комбайна в заходке также имеет нелинейный характер, но нелинейность более пологая.

Эксплуатационная производительность в камере практически не зависит от скорости фронтальной подачи, оставаясь на уровне 380 т/сут. Это объясняется ничтожно малым временем на зарубку комбай-

• 14 -

на по сравнению с другими составляющими элементами', времени технологического цикла по отработке камеры и выемочной полосы в целом. Таким рбразом, очевиден вывод о том, что комбайн может быть относительно небольшой энерговооруженности, чтобы скорость фронтальной подачи обеспечивалась на уровне 0.04-0.05 м/с.

На рис.3,6 приведены графики, характеризующие зависимость технико-эксплуатационных показателей от скорости подъема исполнительного органа комбайна.

Теоретическая производительность существенно зависит от скорости подъема исполнительного органа комбайна. График имеет нелинейную форму. Если в диапазоне значений 0.05-0.1 м/с прирост теоретической производительности комбайна составлял с 5.7 до 6.6 т/мин, т.е. 0.9 т/мин, или 15.3 X, то в диапазоне значении 0.40-0.645 м/с, т.е. при росте показателя на 0.05 м/с, или на 12.5 X, прирост теоретической производительности комбайна составил с 10.5 до 10,8 т/мин,т.е. 0.005 т/с, или 2.86 X. Практически при значении скорости подъема исполнительного органа свыше о:2м/с прирост теоретической производительности комбайна прекращается.

Техническая производительность комбайна в заходке практически однозначно повторяет зависимость теоретической производительности. Если в диапазоне значений 0.05 -0.1 м/с, т.е. при росте в 0.05 м/с, или на 100 X, прирост технической производительности .комбайна составил с 1.27 до 1.32 т/мин, т.е. 0.05 т/мин, или 3.9 %, то в диапазоне значений 0.04-0.45 м/с, т.е. при росте показателя нй 0.05 м/с, 'или на 12.5 X, прирост технической производительности комбайна практически отсутствовал.

Эксплуатационная производительность комбайна в камере с ростом скорости подъема исполнительного органа возрастает-интенсивно до значения в 0.1 м/с, а в дальнейшем практически не изменяется.

С увеличением грузоподъемности вагонетки теоретическая производительность комбайна остается постоянной и составляет 7.2 т/'мин, т.е. предельно возможная техническая производительность средств доставки составила бы 7.2 т/мин. Однако фактическая техническая производительность комбайна в заходке колеблется от 0.56 до 2.2 т/мин в. зависимости от значения грузоподъемности вагонетки соответственно от 1.5 до 2.5 т. После значений грузоподъемности в 13.5 т техническая производительность в заходке выполаживается.

15 -

? ? ?

Оэ;, От ;» Ч Т/"УТ т/шш т'/мин

а)

4

С.

авг/т

1

* ! I

Оэ:,, 0т„:;, О.,

Т/СУТ Т/ШШ

1.50 _ ______3000" 15.0 1.50

"1200 1200

1000 1.40 12.0 ________ 1000 1.40

-—2000

■800 1.30 "800 1.30

'б ОС "400 1.20 •б.о ^^ ■ / 1000 "600 ■400 1.20

"200 1.10 3.0 _ ■ Г200 1.10

1 1 1 1 1 1 1 '

0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0. 08 0.00 0.10

^ПФ. м/с

——-■ ПГп») : —- Оэ^(Упв)

С=Шпф)

СИШпв)

- - - Ог=Г(Упв) ;

0,5 ^ПВ. м/с

— Оэ^^пв)

— С-Г(Упв)

, . ---Рт^ (Упф) ; ------. ,

: рис.3. Зависимость технико-эксплуатационных показателей от параметров'подачи исполнительного органа комбайна, к) скорости фронтальной подачи; б) скорости подъема исполнительного органа. 1. Эксплуатационная производительность в камере, Оэ, т/сут. 2. Техническая производительность в заходке, От, т/мин. 3. Теоретическая про-•лзБодительность, 0., т/'мин. 4. Участковая себестоимость, С, афг/т.

Эксплуатационная.производительность комбайна в камере растет прямо пропорционально (в рассматриваемом диапазоне бначений) грузоподъемности. ■

Теоретическая производительность комбайна не зависит от скорости движения вагонетки, но задает предельное значение технической производительности в 0.12 т/с, или 7.2 т/мин. Техническая же производительность комбайна в заходке колеблется в широком диапазоне от 0.70; до 1.80 т/мин в зависимости от скорости движения груженой вагонетки соответственно. В диапазоне значений 0.15-1.5 м/с характер зависимости нелинейный, график начинает выполажи-ваться после значений скорости движения в 1.2 м/с.

, Зависимость эксплуатационной производительности комбайна в камере аналогичная, • но выполаживание графика начинается уже при значениях,'больших: 0.9 м/с.

Участковая себестоимость угля с ростом скорости движения груженой вагонетки снижается. Причем после значений 0.6 м/с темпы снижения резко падают, асимптотически приближаясь в значению 2600 афг./т ■

Анализ полученных зависимостей показывает, что наиболее приемлемой скоростью движения груженой самоходной вагонетки можно считать 0.6 м/с (2.16 км/ч), что вполне соответствует требованиям техники безопасности.

С увеличением мощности пласта растет и теоретическая производительность комбайна, что объясняется увеличением выхода угля с цикла обработки забоя исполнительным органом комбайна. Однако темпы ' ¿того прироста не. одинаковы. Так, при изменении мощности пласта с 1.0 до 2.0 м, т.е. .в 2 раза, теоретическая производительность комбайна возрастает с 4.02 до б.3 т/мин, т.е. в 1.57 раза. В то же время при изменении мощности пласта с 1.0 до 4.0 м теоретическая ; производительность комбайна возрастает с 4.02 до 9.24. т/мин, т.е. > 2.3 раза.

• Предельные возможности комбайна при его эксплуатации со средствами непрерывного транспорта значительно выше достигаемых значений технической производительности. Так,' при мощности пласта 1м они в 3 раза превышают техническую производительность оборудования с двумя самоходными вагонетками, а при мощности пласта 4м- практически в 7 раз.

С ростом крепости угля до 4 по шкале. проф.М. М. Протодьяко-■"'.■.. - 17--.' "■■

нова среднесуточная нагрузка на забой практически не меняется. . Однако в интервале крепости 0.7-1.5 наблюдается всплеск среднесуточной нагрузки на очистной забой с 1150 до 1230 т/сут, т.е. на 7 /..

Это объясняется тем, что с ростом крепости угля уменьшается угол откоса боковых стенок камеры, приближаясь к 90°. При этом уменьшается величина пролета камеры до проектной, уменьшаются плошадь свода естественного обрушения и его высота, . что приводит к уменьшению длины шпура для анкерования кровли и, очевидно,, к ; снижению затрат времени на бурение.

Среднесуточная нагрузка на очистной забой возрастает, асимптотически приближаясь к максимальному значению при крепости не-, посредственной кровли в диапазоне Б...б по шкале проф. М. М. Про-тодьяконова.

Возрастание среднесуточной нагрузки на очистной забой объясняется тем, что с увеличением крепости пород непосредственной кровли возрастает ее устойчивость, что приводит к уменьшению площади свода естественного обрушения и его высоты.

. В свою очередь, уменьшается длина шпуров для анкерования . кровли и, естественно, время на их бурение и крепление вообще. В дальнейшем необходимость в креплении кровли может отпасть.

Сравнение вариантов выемки пластов длинными забоями с очистным механизированным комплексом 0КП70 и короткими забоями с фронтальным комбайном, самоходной вагонеткой и механизированной гусеничной крепью типа ABLS по участковой себестоимости показало, что она на 8.2 X ниже для очистного оборудования коротких забоев, чем при длинных забоях даже в благоприятных горно-геологических условиях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано новое решение актуальной научной задачи обоснования технико-эксплуатационных параметров выбираемого выемочного оборудования для механизированной добычи угля в условиях шахт Афганистана.

Основные'выводы, научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Определены типы очистного оборудования для выемки угля из длинных и коротких габоев и области его применения в условиях шахты "Каркар-Дудкаш".

2. Установлены зависимости, связывающие техническую производительность очистного комплекса 0КП70 с длиной лавы и мощностью пласта для рассматриваемых условий.

Увеличение мощности пласта с 2 до 3.5 м приводит к росту производительности с различной интенсивностью в зависимости от длины лавы.

Так, при длине лавы 100 м изменение мощности пласта с 2.0 до 3.0 м приводит к росту производительности с 84.67 до 114.66 т/ч, а при длине лавы 150 м - с 80.64 до 102.0 т/ч.

3. Установлено, что колебания мощности пласта по длине лавы, характерные для рассматриваемых условий, приводят к снижению производительности оборудования в лаве длиной 100 м при средней мощности пласта в 2.5 м с 98.7 до 85.29 т/ч, т.е. на 13.6 X.

4. Установлены зависимости производительности оборудования для коротких забоев в функции его конструктивных и режимных параметров. Анализ зависимостей показал:

увеличение диаметра исполнительного органа комбайна не приводит к существенному росту производительности; для рассматриваемых условий рекомендуется диаметр барабана в диапазоне 0.4-0,6 м;

изменение длины исполнительного органа с 1.0 до 1.5 м приводит к росту производительности на 6.7Х;

скорость фронтальной подачи исполнительного органа комбайна не оказывает существенного влияния на производительность;

скорость вертикальных перемещений исполнительного органа целесообразно увеличивать до 0.2 м/с, дальнейшее увеличение не приводит к росту производительности.

5. Установлены рациональные параметры самоходной вагонетки

- 19 -

для транспортирования отбитого угля: грузоподъемность - 10 т, скорость разгрузки - 0.2 т/с, скорость движения - 0.9 м/с.

б. Технико-экономическое сравнение вариантов выемочного оборудования показало, что участковая себестоимость угля при использовании средств механизации для коротких забоев на 8.27. ниже, чем при оборудовании для длинных забоев.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Наджибулла Хамидзада Пуян, "Состояние угледобычи в Исламской Республике Афганистан".- Горный информационно-аналитический бюллетень, выпуск 2, 1993 г.- С.45-47.

2. Наджибулла Хамидзада Пуян, "Оценка методом численного моделирования технико-эксплуатационных показателей работы очистного комплекса 0КП70 в условиях месторождения "Шабашек" государства Афганистан." //Проблемы и перспективы развития горной техники: тезисы докладов Международного семинара ученых, аспирантов, инженеров и студентов,- М.: МГГУ, 1994.

Подписано в печать 1936г. шо^мат 60x913/16 Объем I п.л. Типаж 100экз. Заказ Р А5"'3

Типография Московского государственного годного университета .Ленинский пл. ,д.6

- 20 -