ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЫЕМОЧНОГО МОДУЛЯ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ НИШ В КОМПЛЕКСНО- МЕХАНИЗИРОВАННОМ ОЧИСТНОМ ЗАБОЕ

На правах рукописи
Талеров Константин Павлович
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ
ВЫЕМОЧНОГО МОДУЛЯ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ
НИШ В КОМПЛЕКСНОМЕХАНИЗИРОВАННОМ ОЧИСТНОМ ЗАБОЕ
Специальность 05.05.06 – Горные машины
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальном минерально-сырьевом университете «Горный».
Научный руководитель –
доктор технических наук, профессор
Габов Виктор Васильевич
Официальные оппоненты:
Тарасов Юрий Дмитриевич
доктор технических наук, профессор, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», профессор кафедры горных
транспортных машин.
Казаков Сергей Владимирович
кандидат технических наук, НПК «Механобр-техника» (ЗАО),
старший инженер-конструктор.
Ведущая организация – ФГБОУ ВПО Тульский государственный
университет.
Защита диссертации состоится «19» июня 2012 г.
в 10 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.07
при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный»
по адресу: 199106, Санкт-Петербург, В.О., 21-я линия, д. 2, ауд. 7212.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный».
Автореферат разослан «18» мая 2012 г.
УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ
диссертационного совета,
д.т.н., профессор
И.П. ТИМОФЕЕВ
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Современные комбайновые очистные
механизированные комплексы являются основным средством выемки
угля при отработке пластов пологого падения мощностью 0,9…6,0 м и
способны вести выемку сложных по структуре угольных пластов с прослойками породы и твердыми включениями, что особенно актуально с
учетом тенденции сокращения количества очистных забоев с благоприятными условиями выемки угля. Комбайновые комплексы со специальными мероприятиями применяют при отработке угольных пластов со
сложными условиями, относящихся к III группе типовых условий по
применению выемочных машин. Такие очистные забои характеризуются
низкой устойчивостью процесса выемки угля очистными комплексами.
В процессе работы комбайновых очистных механизированных
комплексов (ОМК) значительные затраты времени приходятся на перевод комбайна на следующую выемочную полосу, что существенно снижает производительность. Эксплуатационная производительность зачастую в 2 и более раза меньше расчетной технической производительности. В подавляющем большинстве комбайновых лав зарубка очистного
комбайна осуществляется способом «косого заезда», который так же ведет к интенсивному износу оборудования, увеличению риска обрушения
кровли, увеличению погрешности прямолинейности фронта очистного
забоя. Изменение способа перевода очистного комбайна на следующую
выемочную полосу на фронтальную зарубку шнеков комбайна в ниши
под размер ступицы сокращает время выполнения концевых операций.
Однако не изучены средства проведения таких ниш – выемочные модули, способные подготавливать ниши в лавах, работающие по угольным
пластам со сложными условиями выемки угля. Поэтому определение
схемных решений конструкций, обоснование параметров выемочных
модулей, а так же определение области рационального использования
выемочных модулей является актуальной задачей.
Вопросами совершенствования очистных механизированных
комплексов занимались: Докукин А.В., Хорин В.Н., Солод В.И., Коровкин Ю.А., Мышляев Б.К., Некрасов В.В., Потапенко В.А., Кантович
Л.И., Крашкин И.С., Худин Ю.Л. и многие другие.
Цель работы. Обоснование параметров выемочного модуля для
проведения ниш в комплексно-механизированном очистном забое, обес-
3
печивающих переход на фронтальную зарубку очистного комбайна и
повышение эффективности работы очистного механизированного комплекса.
Идея работы. Повышение производительности комбайновых
очистных механизированных комплексов достигается переходом от зарубки косыми заездами с характерной многоопрерационностью, значительной длиной концевых участков на фронтальную зарубку шнекового
комбайна в заранее подготовленные выемочным модулем ниши.
Задачи исследований:
- Анализ закономерностей развития средств комплексной механизации очистных работ и обоснование наиболее перспективного
направления совершенствования выемочных комплексов.
- Обоснование структуры средств механизации концевых операций комплексно-механизированного очистного забоя.
- Установление зависимостей конструктивных и технологических параметров выемочных модулей от параметров угольного пласта,
очистного механизированного комплекса и режима его работы.
- Обоснование типа, параметров и схем расстановки рабочего
инструмента на исполнительном органе выемочного модуля.
- Установление зависимостей производительности очистного
механизированного комплекса, оборудованного выемочными модулями,
от их конструктивных и режимных параметров, горно-геологических и
горнотехнических условий.
Методы исследования. В работе использован комплексный метод, включающий научный анализ и обобщение опыта проектирования и
эксплуатации очистных механизированных комплексов и выемочных
модулей. Основные теоретические результаты получены с использованием методов теоретической механики, теории прочности и математического моделирования с использованием пакета PTC Mathcad.
Научная новизна:
1. Разработана новая структура средств комплексной механизации очистных работ и соответствующая структура технологического
процесса, обеспечивающих повышение устойчивости и интенсивности
процесса добычи угля очистным механизированным комплексом, работающим по угольным пластам, относящимся к III группе типовых условий по применению выемочных машин.
4
2. Установлена зависимость производительности выемочных
модулей от их конструктивных и режимных параметров, позволяющая
проводить выбор рациональных параметров выемочных модулей.
3. Установлена зависимость увеличения производительности
очистных механизированных комплексов при оборудовании их выемочными модулями от длины очистных забоев в конкретных горногеологических и горнотехнических условиях.
Защищаемые научные положения:
1. Математическая модель функционирования выемочного модуля при проведении ниши для фронтальной зарубки очистного комбайна, учитывающая конструктивные параметры выемочного модуля, горнотехнические условия добычного участка и технические параметры
очистного комбайна, позволяет оценить минимальный объем ниши, скорость ее проведения, рациональную толщину стружки и количество необходимых срезов для эффективного осуществления данного процесса.
2. Производительность очистного комбайнового механизированного комплекса при оснащении выемочными модулями, обеспечивающими переход на фронтальную зарубку очистного комбайна, увеличивается прямо пропорционально произведению разницы времени выполнения концевых операций исходного и нового варианта комплекса и
массы добытого за цикл выемки угля и обратно пропорционально квадратному трехчлену, аргументом которого является длина лавы, что справедливо для условий, когда время цикла выемки ниши выемочным модулем не ограничивает производительность очистного механизированного комплекса.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций
подтверждается согласованностью с общепризнанными представлениями и физическими закономерностями; использованием апробированных
математических методов; корректностью построения расчетных моделей; сходимостью результатов математического моделирования и построений в пакете автоматизированного проектирования Autodesk AutoCAD, а также результатами экспериментальных исследований в очистном забое.
Практическая значимость работы:
1. Разработаны технические решения исполнения выемочного
модуля и отдельных его элементов (решение о выдаче патента на изоб-
5
ретение по заявкам №2010148944 и №2010148811, патент РФ №2448247)
и соответствующая структура операций цикла его работы, обеспечивающие повышение устойчивости и интенсивности процесса добычи угля
очистным механизированным комплексом.
2. Предложена методика определения рациональных режимных
параметров выемочного модуля и методика комплексной оценки влияния геометрических параметров кинематической схемы на технические
показатели работы выемочного модуля.
3. Разработана программа для ЭВМ в пакете PTC Mathcad для
расчета рациональной толщины стружки при работе выемочного модуля
и определения возможности проведения выемочным модулем, заданных
геометрических параметров, ниши, обеспечивающей фронтальную зарубку шнека с целью перевода очистного комбайна на следующую выемочную полосу.
4. Разработана программа для ЭВМ в пакете PTC Mathcad для
расчета производительности комбайновых очистных механизированных
комплексов и оценки целесообразности оснащения комплексов выемочными модулями.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы
докладывались на:
- 9-й международной научно-практической конференции: «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (ВоркутаСыктывкар-Ухта, 2011 г.);
- международной научно-практической конференции молодых
ученых и студентов «Опыт прошлого – взгляд в будущее» (Тула, 2011 г.)
- межрегиональной научно-практической конференции «Освоение
минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (Воркута 2008 г.);
- научных конференциях молодых ученых «Полезные ископаемые
России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2009 - 2010 гг.).
Личный вклад автора.
- выполнен
анализ
закономерностей развития
средств
комплексной механизации очистных работ и обосновано наиболее
перспективное направление совершенствования выемочных комплексов;
- разработаны схемные решения выемочного модуля для
проведения ниш и конструктивное исполнение отдельных элементов
выемочного модуля;
6
- обоснована методика выбора параметров выемочного модуля;
- составлены расчетные схемы и разработана математическая
модель процесса проведения ниши выемочным модулем, позволяющая
производить выбор рациональных параметров выемочного модуля;
- определена производительность очистного механизированного
комплекса, оборудованного выемочными модулями, и выявлена
зависимость, позволяющая оценивать эффективность оснащения
комплексов выемочными модулями.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных
работ, в том числе 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России, получен один патент на изобретение.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, списка литературы из 115 наименований. Общий объем содержательной части составляет 173 страницы машинописного текста, содержит 7 таблиц, 57 рисунков и 3 приложения.
Во ведении приведена общая характеристика работы, обоснована актуальность выбранной темы.
В первой главе диссертации выполнен анализ развития средств
механизации очистных работ. Оценены наиболее перспективные направления совершенствования комбайновых ОМК. Обоснован наиболее перспективный вариант увеличения эффективности угледобычи ОМК. Выполнен анализ вариантов механизации концевых операций и способов
сокращения трудоемкости и времени на их выполнение. Проанализированы разработанные выемочные модули в качестве устройств для выемки ниш. Сформулированы цель и задачи исследований.
Вторая глава диссертации посвящена анализу объекта исследования, разработана модель объекта исследования. Выбраны основные и
вспомогательные методы научных исследований. Разработана методика
выбора способа отделения угля от массива. Определена область исходных
данных, ограничений и требований к выемочному модулю. Обоснованы
параметры необходимой ниши для зарубки шнеков очистных комбайнов.
Обоснован выбор способа разрушения угольного массива выемочным
модулем. Предложены возможные схемы способов отделения угля от массива. Обоснованы тип и параметры исполнительного органа и рабочего
инструмента выемочного модуля. Обоснованы компоновка и кинематическая схемы выемочного модуля.
7
В третьей главе построена и исследована математическая модель процесса выемки ниши выемочным модулем, обоснованы режимные параметры выемочного модуля. Определена зависимость производительности выемочного модуля (ВМ) от конструктивных и режимных
параметров. На основе математической модели разработана расчетная
программа в пакете PTC Mathcad.
В четвертой главе дано описание изменений в структуре очистного механизированного комплекса. Разработана методика определения
производительности комплексов, оборудованных выемочными модулями. Приведено сравнение производительности ОМК, работающих по
челноковой и односторонней схемам с переводом очистных комбайнов
на следующую полосу угля косым заездом, и ОМК, оборудованных выемочными модулями, работающих с фронтальной зарубкой комбайна.
В заключении приводятся общие выводы и рекомендации.
ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Основные результаты работы отражены в следующих защищаемых положениях:
1. Математическая модель функционирования выемочного модуля при проведении ниши для фронтальной зарубки очистного комбайна, учитывающая конструктивные параметры выемочного модуля, горнотехнические условия добычного участка и
технические параметры очистного комбайна, позволяет оценить минимальный объем ниши, скорость ее проведения, рациональную толщину стружки и количество необходимых срезов
для эффективного осуществления данного процесса.
Для зарубки шнека очистного комбайна необходима ниша под
размер ступицы шнека комбайна. В таком случае при зарубке ступица
свободно входит в нишу, а остальной массив на размер лопастей шнека
разрушается торцевыми резцами, при этом разрушенное полезное ископаемое лопастями шнека выгружается на забойный конвейер. Возможный диапазон высоты расположения оси ниши минимальных размеров,
достаточных для зарубки, ограничен диаметром шнеков комбайна (рис.
1). Глубина ниши – не менее двух захватов шнека комбайна.
8
Рис. 1. Расположение ниши под ступицу шнека
Предложена структурная схема устройства для проведения ниш
(рис. 2). Выемочный модуль (ВМ) выполнен в виде манипулятора, установленного на секцию лавной механизированной крепи 1, которая связана с лавным конвейером 2 гидроцилиндром передвижки 3. Лавный конвейер 2 с забойной стороны может быть оборудован зачистным устройством 4. Козырек 5 механизированной крепи выполнен выдвижного скалывающего типа для зачистки кровли. На механизированной крепи, состоящей из основания 6, перекрытия 7 и гидростоек 8, устанавливается
платформа 9, которая передвигется посредством гидроцилиндра 10. На
платформу устанавливается манипулятор 11, который позиционируется
при помощи гидроцилиндра 18, а подача исполнительного органа 14 на
забой осуществляется гидроцилиндром подачи 13. В состав исполнительного органа входят скалыватели 15, закрепленные в головках 16. Исполнительный орган может быть оснащен гидродвигателем поворота 17.
Рис. 2. Структурная схема выемочного модуля
9
Проведение ниши осуществляется резами при подаче исполнительного органа на забой гидроцилиндром 13. Забой обрабатывается последовательными резами в направлении от почвы к кровле со сколом угля на обнаженную поверхность – грудь забоя и поверхность, полученную
предыдущим резом. Гидроцилиндр 10 необходим для установки положения шарнира А относительно линии забоя и складывания манипулятора
под перекрытием секции крепи.
Математическая модель представляет собой аналитическое описание процесса функционирования выемочного модуля при проведении
ниши, учитывающее геометрические и кинематические характеристики
ВМ, горнотехнические условия, технические характеристики очистного
комбайна и прочностные свойства разрушаемого угля.
Рис. 3. Схема исходных параметров
Основными исходными параметрами для математической модели, оказывающими влияние на процесс проведения ниши, являются
(рис. 3): h – высота шарнира раздвижной рукояти (манипулятора) ВМ, l0
– первоначальное расстояние от забоя до шарнира раздвижной рукояти,
Lслож – длина рукояти ВМ в сложенном состоянии, mplasta – мощность отрабатываемого угольного пласта, Dshneka – диаметр шнека очистного комбайна, Dshtupicy – диаметр ступицы шнека очистного комбайна, Bzahvata –
ширина захвата шнека очистного комбайна, nzahvatov – количество захватов,
на которое требуется выполнить нишу, ∆B – величина запаса глубины
10
минимальной ниши для зарубки шнеков комбайна, δ – величина запаса
минимальной ниши по ширине и высоте, τ – угол скалывания угля, зависящий от свойств разрушаемого угля и геометрии рабочего инструмента,
hск_м – максимальная толщина стружки по условию максимального усилия на исполнительном органе и по условию невыхода негабаритов.
Рис. 4. Расчетная схема формирования сколов
Основные формулы математической модели составлены по расчетным схемам, описывающим закономерности движения исполнительного органа ВМ. Процесс формирования сколов выемочным модулем на
участке без перемещения шарнира рукояти с учетом того, что скол выполняется на обнаженную поверхность, можно изобразить расчетной
схемой (рис. 4).
Для каждого i-го реза длина ri и угол позиционирования рукояти αi:
h
2
2
r  r ih
 ск ,
tg ( )
h

 i   0   arcsin  ск _ м  ,
r
n 1
 n1 
i
ск _ м
0
i
где hск – расчетная величина (при  = 900 hск  hск _ м ).
При перемещении шарнира рукояти:
11
ri 
hск
 i  cos  i
h

 ск ,
tg ( i   i 1 ) sin(  i   i 1 ) tg ( )
i 

2
 l  i
 arccos i
 Lслож
,


где  i – величина перемещения шарнира рукояти.
li  li 1   i 1 .
Рис. 5. Расчетная схема определения перемещения шарнира рукояти
Величина перемещения шарнира рукояти находится из иррационального уравнения, составленного по схеме рис. 5:
 i  sin   hск
h
 ск  ri 1  0 ,
sin 
sin 
где:
 li   i
 Lслож
  arccos 


 l  i
  arcsin  1   i


 Lслож





2
;
         arccos li   i
 L

 слож

;



  i 1 .
2
Определение длины i-го среза:
lСКi  ri 
li
sin  i
.
Объем ниши определяется по формуле:
 f 1

VН    X O  X i 1   Yi  Yi 1    X i  X i 1   YO  Yi 1    Dstupicy    ,
2
 i 1

12
где f – количество срезов, Xi, Yi – координаты точек, образующих поверхность проводимой ниши (получены переводом из полярной системы координат), Xо, Yо – координаты точки пересечения линии последнего среза
с линией забоя.
С увеличением толщины стружки в конце каждого среза hск_м
теоретический объем ниши уменьшается. Толщина максимальной
стружки так же оказывает влияние на усилия на исполнительном органе
ВМ, гранулометрический состав отбиваемого угля, необходимое количество срезов при проведении ниши, время цикла проведения ниши и является важным режимным параметром работы ВМ.
Производительность выемочного модуля в течение цикла переменна и меняется вместе с толщиной срезаемой стружки:
   угля  v П  S ,
QВМ
где S – площадь стружки.
Эксплуатационную производительность ВМ можно найти как
отношение объема ниши к времени цикла проведения ниши:
V
Q  Н.
ВМ
tЦ
Время цикла проведения ниши ВМ определяется по формуле:
 LСКi   LСКi  n  t  t ,
t 
Ц
vп
vо
СК
поз
п .з .
где  LСКi – суммарная длина всех резов, vп – скорость резания угля, vо –
скорость обратного (холостого) хода, nСК – число резов, t поз – время позиционирования ИО, t п.з. – время выполнения вспомогательных (подготовительно-заключительных) операций.
Определена зависимость усилия и необходимой мощности исполнительного органа выемочного модуля для разрушения угольного
массива (сила резания, подачи и боковые силы находятся по известным
методикам расчета нагрузок на исполнительных органах выемочных
машин, учитывающих тип и геометрические параметры рабочего инструмента, схему расстановки рабочего инструмента и схему резания) от
толщины среза, сопротивляемости угольного пласта резанию и скорости
резания (рис. 6).
13
Рис. 6. Графики зависимости средней силы резания Zp и средней мощности P, реализуемой
исполнительным органом ВМ, от толщины стружки h, сопротивляемости пласта резанию
Ap и скорости подачи ИО на забой vп
Для проведения компьютерного моделирования с математической моделью написана программа в пакете PTC Mathcad на основе
предварительно разработанного алгоритма. Программой осуществляется
поиск решения, соответствующего наименьшему, но достаточному для
зарубки шнека объему ниши, так как минимальный объем ниши наиболее предпочтителен, ему соответствует меньшее время цикла проведения
ниши и меньшие затраты энергии на разрушение угля.
Расчет осуществляется итерационным численным методом, путем изменения толщины стружки от заданной минимальной величины до
предельного значения (по условию выхода классов угля заданной крупности и по условию максимальных допустимых усилий на ИО выемочного модуля) с выбранным шагом до тех пор, пока возможно проведение
ниши с требуемыми геометрическими параметрами, либо пока не будет
достигнута предельная толщина стружки. Результаты расчета выводятся
в виде графиков зависимости времени цикла проведения ниши tц, количества срезов угля nск, объема ниши Vн и высоты зарубки шнека комбайна
hш от толщины стружки hск_м, по которым можно определить рациональную толщину стружки.
Разработанная математическая модель функционирования выемочного модуля является основой для последующей разработки алгоритма и системы автоматизированного программного управления выемочным модулем.
14
2. Производительность очистного комбайнового механизированного комплекса при оснащении выемочными модулями,
обеспечивающими переход на фронтальную зарубку очистного
комбайна, увеличивается прямо пропорционально произведению
разницы времени выполнения концевых операций исходного и нового варианта комплекса и массы добытого за цикл выемки угля
и обратно пропорционально квадратному трехчлену, аргументом которого является длина лавы, что справедливо для условий, когда время цикла выемки ниши выемочным модулем не
ограничивает производительность очистного механизированного комплекса.
Положительный эффект от применения ВМ опосредованно реализуется только чрез общий процесс добычи угля в очистном забое, т.е.
через увеличение производительности ОМК.
Эксплуатационная производительность ОМК в общем случае
определяется по формуле:
Qэ  60 
где
G
Ц
G
Ц
TЦ
– масса отбитого за цикл угля:
G
Ц
 mпл  BЗ   угля  Lл C и ,
где mпл – мощность угольного пласта, BЗ – ширина захвата комбайна,
 угл я – плотность угля, L л – длина лавы, C и – коэффициент извлечения
угля в лаве.
TЦ – время цикла выемки угля в лаве:
TЦ  Т  Т МО  Т КО  Т УН  Т ЭО ,
где Т – машинное время работы комбайна по добыче, Т МО – время маневровых операций в течение цикла (при работе ОМК по челноковой
схеме отсутствуют), Т КО – время концевых операций за цикл, Т УН – время
на устранения неисправностей в работе оборудования, Т ЭО – потери времени по эксплуатационно-организационным причинам. Для ОМК без
выемочных модулей, работающих по челноковой схеме:
Т
Lл
VП
; ТУН  Lл  1  1 ; Т ЭО  Lл  1  1 ;




VП  K Г

15
VП  K эо

 2  Lкз  lшн 
B
Т КО  
 3TИО  З

V
V
П .кз
фк


  K ут ,


где VП – скорость подачи комбайна, K Г – коэффициент готовности ОМК,
K эо – коэффициент непрерывности работы ОМК, Lкз – длина участка
зарубки очистного комбайна косым заездом, TИО – время вертикального
перемещения (позиционирования) исполнительного органа, VП .кз – скорость подачи комбайна при косом заезде, Vфк – скорость фланговой передвижки концевого участка конвейера при зарубке комбайна, K ут – коэффициент организации и условий труда, lшн – расстояние между осями
шнеков очистного комбайна, L л – длина лавы.
Для ОМК, оборудованных двумя выемочными модулями на
концевых участках лавы:
 2l
B
   шн  4TИО  З
Т КО
V
Vфз
 П .ку

  K ут ,


где VП .ку – скорость подачи комбайна при маневрировании на концевом
участке лавы, Vфз – скорость фронтальной зарубки комбайна.
Эксплуатационная производительность ОМК, работающего по
челноковой схеме, равна:
mпл  BЗ   угля  Lл  Cи
.
Qэ 
Lл
VП
 1
  2  Lкз  lшн 
B
1
 

 1  
 3TИО  З

VП .кз
Vфк
 K Г K эо
 

  K ут


Эксплуатационная производительность ОМК, оборудованного
ВМ и работающего по челноковой схеме, равна:
mпл  BЗ   угля  Lл  Cи
.
Qэ 
Lл
VП
 1
  2l
B
1
 

 1   шн  4TИО  З
V


K
K
V
эо
фз
 Г
  П .ку

  K ут


Данная формула справедлива для случаев, когда выемочные модули успевают подготовить ниши до подхода очистного комбайна к
концевому участку лавы. В противном случае производительность комплекса снижается.
16
Возможный рост производительности ОМК, оборудованных выемочными модулями, обусловлен сокращением времени перевода комбайна на следующую выемочную полосу. Так как при увеличении длины
лавы доля затрат времени на выполнение концевых операций снижается,
то и эффект от применения ВМ уменьшается. Область эффективного
использования ОМК, оборудованных выемочными модулями, ограничена с одной стороны минимальной длиной лавы Lкр , при которой времени для проведения ниш выемочными модулями становится недостаточно, и максимальной Lmax , при которой затраты на оснащение ОМК выемочными модулями не окупаются увеличением его производительности.
Увеличение производительности ОМК при оснащении ВМ:
 T  TЦ
Q  Qэ  Qэ   GЦ  Ц
 T  T
 Ц Ц

.


Разница времени циклов для одного комплекса для заданных
конкретных условий работы – величина постоянная. При допущении,
что коэффициент готовности ОМК и коэффициент непрерывности работы ОМК значительно не изменятся, справедливо:
G  T
Ц
Ц
 / Lл  const  A .
 TЦ / Lл  GЦ Т КО  Т КО
Обозначив константу:
1
VП
 1

1
 

 1  a ,
 K Г K эо

произведение времени циклов равно:
  Lл  Т КО  Т КО
 .
TЦ  TЦ  a 2  L2л  a  Т КО  Т КО
Окончательно увеличение производительности выражается зависимостью:
Q 
A  Lл
,
B  L  С  Lл  D
2
л
где А, В, С, D – коэффициенты, которые находятся по формулам:
 ; D  Т КО  Т КО
B  a 2 ; С  a  Т КО  Т КО
 .
Данная зависимость позволяет оценивать эффективность оснащения ОМК выемочными модулями. Графическое представление зависимости приведено на рис. 7.
17
Рис. 7. Зависимость разности производительности ОМК Q от длины лавы. L м.эф – длина
лавы, которой соответствует максимальное увеличение производительности
Проведенный производственный эксперимент в лаве, отрабатывающей пласт «Мощный», на предприятии ЗАО «Шахта Воргашорская
2» подтвердил расчетные значения, полученные по установленным теоретическим зависимостям (рис. 8). Фронтальная зарубка комбайна производилась в ниши заданной формы, пройденные отбойными молотками.
Рис. 8. Циклограмма перемещения комбайна в лаве
При осуществлении фронтальной зарубки шнеков очистного
комбайна время цикла в лаве длиной 260 м уменьшилось на 6…8 мин.,
что повысило производительность ОМК на 18…19 %. Это позволяет
18
выполнять на два цикла выемки больше в течение 6 часовой рабочей
смены.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертации, представляющей собой самостоятельную законченную научно-квалификационную работу, в которой на основании
проведенных теоретических исследований, изложено научное обоснованное техническое решение по переводу комбайна в комплексномеханизированном очистном забое на следующую выемочную полосу
угля зарубкой его шнеков в ниши, выполненные специальными устройствами – выемочными модулями, имеющее существенное значение для
повышения эффективности угледобычи в комбайновых очистных забоях, работающих по угольным пластам III-й группы типовых условий по
разрушаемости выемочными машинами.
Основные научные и практические выводы и рекомендации:
1. Установлена зависимость производительности очистного механизированного комплекса при оснащении выемочными модулями,
которую следует использовать при оценке эффективности применения
выемочных модулей в конкретных горно-геологических и горнотехнических условиях шахт.
2. Обоснована и разработана методика и программа для ЭВМ в
пакете PTC Mathcad для расчета рациональной толщины стружки при
работе выемочного модуля и определения возможности подготовки выемочным модулем, заданных параметров, ниши, соответствующей размеру ступицы шнека очистного комбайна для фронтальной зарубки комбайна на следующую выемочную полосу.
3. Разработана программа для ЭВМ в пакете PTC Mathcad для
выполнения расчетов производительности комбайновых очистных механизированных комплексов и определения целесообразности оснащения выемочными модулями на концевых участках лав.
4. Теоретически обосновано и подтверждено экспериментально,
что оснащение выемочными модулями очистного комплекса, работающего в лаве длиной 260 м по челноковой схеме на предприятии ЗАО
«Шахта Воргашерская 2», отрабатывающего пласт «Мощный», может
увеличить производительность угледобычи на 18…19 %.
5. Разработана технология выполнения концевых операций в
очистном забое при переводе очистного комбайна на следующую вые-
19
мочную полосу фронтальной зарубкой шнеков комбайна в ниши под
размер ступицы шнеков и предложена конструкция средства механизации работ проведения ниш на концевом участке лавы – выемочного модуля (заявка №2010148944) и отдельных элементов его конструкции (заявка №2010148811, №2010148359, патент РФ №2448247).
6. Результаты работы используются в учебном процессе при подготовке специалистов по специальности 150402 «Горные машины и оборудование» и 130400 «Горное дело».
Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:
1. Талеров К. П. Особенности определения производительности очистных механизированных комплексов, оборудованных выемочными модулями для проведения ниш // Горное оборудование и электромеханика. – М., 2012. – № 3. – С. 21–24.
2. Задков Д. А. Способ отделения угля от массива при отработке трещиновато-слоистых угольных пластов / Д. А. Задков, А. А. Банников, Д. И. Шишлянников, К. П. Талеров, К. А. Головин // Горное оборудование и электромеханика. – М., 2012. – № 2, – С. 30–33.
3. Талеров К. П. Выемочный модуль для проведения ниш в
механизированных очистных забоях угольных шахт // «Опыт прошлого
– взгляд в будущее» : Материалы Международной научно-практической
конференции молодых ученых и студентов, Тула, 27-28 октября 2011 г. /
Мин-во образования и науки РФ; Тульский гос. ун-т [и др.] ; под общ.
ред. д. т. н., проф. Р. А. Ковалева. – Тула : ТулГУ, 2011. – С. 105–109.
4. Габов В. В. Актуальность и перспективы применения
очистных и проходческих модульных комплексов / В. В. Габов, Д. А.
Задков, К. П. Талеров, В. П. Хозяинов // Народное хозяйство республики
Коми. – Воркута [и др.]. – 2011. – № 1. – С. 59–63.
5. Талеров К. П. Определение производительности очистных
механизированных комплексов, оборудованных выемочными модулями
для проведения ниш // Рациональное освоение недр. – М., 2011. – № 6. –
С. 56–58.
20