КП Лучинин Сергей. Выбор и расчет средств комплексной механизации очистного забоя курсовой проект

• Название: Выбор и расчет средств комплексной механизации очистного забоя курсовой проект
• Дата: 25.04.2023
• Размер: 455.07 Kb.
• Имя файла: КП Лучинин Сергей.docx
• Тип: Курсовой проект; #1090015
• страница: 3 из 5

2.6 Расчет скорости подачи очистного комбайна
В этом разделе определяется скорость подачи по четырем ограничивающим факторам: мощности двигателя комбайна, вылету резца, газовому фактору и производительности забойного конвейера.
2.6.1 Определение скорости подачи по мощности двигателя привода исполнительного органа
Скорость подачи определяется по формуле:



где m_mах - максимальная мощность пласта, м. (согласно задания)

N_уст - суммарная устойчивая мощность привода исполнительного органа

двигателя комбайна, кВт; (ф.17)

Н_w - удельные энергозатраты на выемку полезного ископаемого,

кВт∙ч/т; (ф.23)

В – ширина захвата комбайна, м; (согласно задания)

γ- плотность угля, т/м³. [1,c.28]

Удельные энергозатраты зависят от сопротивляемости угля резанию и могут быть рассчитаны по эмпирической формуле:



где А_р.ф – сопротивляемость пласта резанью (ф.27)

m – средняя мощность пласта, м (согласно задания)

Средневзвешенное значение сопротивляемости пласта резанию определяем по формуле:



где m – мощность пласта, м; (согласно задания)

m_пр - мощность прослойков, м; (согласно задания)

А_р - сопротивляемость угля резанию, кН / м; (согласно задания)

А_пр- сопротивляемость прослойков резанию, кН / м.(согласно задания)

Сопротивляемость пласта резанию, принимаемая в дальнейших расчетах определяется по формуле:



Сопротивляемость пласта резанию, принимаемая в дальнейших расчетах определяется по формуле:



где К_от.ф- коэффициент отжима угля, замеренный непосредственно в

данном забое;

К_от- коэффициент, учитывающий влияние отжима угля в зоне работы

исполнительного органа; (ф.28)

А_р.ср– сопротивляемость пласта резанья (ф.26)


где K_от- значение коэффициента отжима угля на кромке забоя;

с и d – числовые коэффициенты, зависящие от свойств пласта;

Для вязких углей K_от = 0,48 ; с = 0,1 ; d = 1,0 ;

Для хрупких углейK_от = 0,36 ; с = 0,36 ; d = 0,7 ;

Для весьма хрупких углейK_от = 0,28 ; с = 0,05 ; d = 0,63 ;

m mах - максимальная мощность пласта, м;

В – ширина захвата исполнительного органа комбайна, м; [1,c.29]


Полученное значение подставим в формулу (26) и определим сопротивляемость пласта резанью .



Определяем удельноеэнерго-затраты на выемку полезного ископаемого.



Полученное значения подставим в формулу (23)определим скорость подачи по мощности двигателя привода исполнительного органа.


2.6.2 Определение скорости подачи комбайна по вылету резца
Тип режущего инструмента выбирается в соответствии с технической характеристикой выемочной машины или типоразмерным рядом резцов:



где - радиальный вылет резца, см; (ф.32)

- коэффициент вылета резца; (ф.31)

n – частота вращения исполнительного органа, об/мин; (ф.30)

z – число резцов в линии резания 3 штуки.

Частота вращения исполнительного органа выбирается по технической характеристике комбайна (приложение 4) или определяется по формуле:



где V_р - скорость резания, м/с; [1,c.28]

D – диаметр шнека, м; [1,c.27]



Коэффициент вылета резца:

для радиальных резцов шнековых исполнительных органов.



Радиальный вылет резца:



где l_к - конструктивный вылет резца, см; [1,c.30]

θ - угол установки резца к поверхности резания, град.

Конструктивный вылет резца выбирается в приложении 6. [1,c.27]

Для радиальных резцов угол установки резца к поверхности резания



Подставим значения в формулу (30) и определяем радиальный вылет резца.



Для расчёта выбираем типоразмер РО65 с конструктивным вылетом l_p= 6,5 см.

Полученное значение подставим в формулу (28) и определим скорость по вылету резца.


2.6.3 Определение скорости подачи комбайна по газовому фактору
Скорость подачи определяется по формуле:



где n – коэффициент дегазации пласта:

при проведении дегазационных мероприятий в забое n = 0,5

без проведении дегазационных мероприятий в забое n = 1

m_max–максимальная мощность пласта ,м(согласно задания)

В – ширина захвата исполнительного органа[1,c.28]

y – плотностьугля,т/м²(согласно задания)

К_вп – коэффициент учитывающий движения воздуха по выработанному

пространству К_вп = 1…1,5

V_в – максимальная допустимая скорость с допустимой концентрацией

метана в исходной струе 1%

 S – площадь сечения рабочего пространства под крепью, она выбирается

из приложения 2 [1,c.26] и должна удовлетворять условию:



где Qт - теоретически возможная производительности комбайна.

q – метанообильность пласта , м²/т(согласно задания)

с - допустимая концентрация метана в исходящей струе, с = 1%.

V_в - максимально допустимая скорость движения воздуха в лаве,

V_в = 4 м/с;





Получение значения подставим в формулу (31) скорость подачи комбайна по газовому фактору.



2.6.4 Определение скорости подачи комбайна по

производительности конвейера
Скорость подачи определяется по формуле:



где Q_в - максимальная производительность конвейера, т/мин. [1,c.29]

В – ширина захвата [1,c.28]

y – плотность угля (согласно задания)

м_max – максимальная мощность пласта(согласно задания)



Наименьшее из рассчитанных скоростей подачи комбайна принимаем для дальнейших расчётов.

При этом принятая скорость подачи комбайна не должна быть более теоретической возможной скорости подачи комбайна.

Скорость подачи комбайна по мощности движения исполнительного органа согласно формуле (23)



Скорость подачи комбайна по вылету резца согласно формуле (28)



Скорость подачи по газовому фактору комбайна согласно формуле (31)

= 3,96 м/мин

Скорость подачи комбайна по производительности конвейера согласно формуле (32)



Однако такая скорость сдерживает потенциальные возможности комбайна.

Поэтому для увеличения скорости проводится дегазация пласта.

С учетом дегазационных мероприятий принимаем коэффициент, 0,3.

Вернёмся в формулу (31) и определим скорость подачи комбайна по газовому фактору.



Для дальнейших расчетов принимаем скорость подачи комбайна 6,61 м/мин.


2.7 Расчет производительности очистного комбайна
В этом разделе производится расчет теоретической, технической и эксплуатационной производительности очистного комбайна.
2.7.1 Теоретическая производительность
Теоретическая производительность – это количество полезного ископаемого, добываемого в единицу времени при непрерывной работе выемочной машины с рабочими параметрами, максимально возможными в заданных условиях эксплуатации.



где m_ср - средняя мощность пласта, м; (согласно задания)

В – ширина захвата исполнительного органа[1,c.28]

y – плотность угля(согласно задания)

V_п – скорость подачи комбайна по газовому фактору(ф.31)



Согласно с расчетами в формуле (33) техническая производительность комбайна К500 составляет 979,44 т/ч.
2.7.2 Техническая производительность
Техническая производительность – максимально возможная среднечасовая производительность при работе в конкретных условиях эксплуатации.

Она определяется с учетом простоев, присущих конструкциям комплекса (затраты времени на маневровые операции, концевые операции, на устранение отказав).





где k_тех - коэффициент технически возможной непрерывности работы

выемочной машины.



где k_г - коэффициент готовности комбайна, принимаем:

для К - 500 - kг = 0,8 – 0,9;

Т_м.о- время на маневровые операции, Т_М.О = 10 - 20 мин;

Т_к.о- время на концевые операции, Т_К.О = 15 – 30 мин;

Т_з.и- время на замену режущего инструмента, мин:



где z_у - удельный расход резцов,

при ƒ = 0,7 – 1,0 zу = 0,003 – 0,01 шт / т;

при ƒ = 1,0 – 1,3 zу = 0,01 – 0,1 шт / т;

при ƒ 2,0 zу = 0,1 – 0,25 шт / т;

ƒ – крепость угля;

t_з.р = время на замену или перестановку одного резца, при быстродействующем креплении равно 0,5 мин, при стопорном – 2 – 3 мин;

L_л - длина лавы, м; (согласно задания)

V_п – скорость подачи комбайна по газовому фактору(ф.31)



Полученные данные подставим в формулу (35)коэффициент технически возможной непрерывности работы выемочной машины.



Полученные данные подставим в формулу (34) и выполним проверку.




2.7.3 Эксплуатационная производительность
Эксплуатационная производительность – это производительность с учетом простоев по организационным причинам и простоев, связанных с устранением технических неполадок, не зависящих от конструкции комплекса.



где k_м - коэффициент машинного времени(ф.38)

Q_теор- техническая производительность комбайна(ф.33)



где k_г - коэффициент готовности комбайна, принимаем:

для К - 500 - kг = 0,8 – 0,9;

Т_м.о- время на маневровые операции, Т_М.О = 10 - 20 мин;

Т_к.о- время на концевые операции, Т_К.О = 15 – 30 мин;

Т_з.и- время на замену режущего инструмента, мин:

Т_э.о- время устранения эксплуатационных неполадок комбайна, не

связанных непосредственно с работой комбайна, ориентировочно –

Т_э.о= 25 – 30 мин.

V_п – скорость подачи комбайна по газовому фактору(ф.31)


Полученные данные подставим в формулу (37) эксплуатационная производительность.



По итогу проведенных решений получается 1,63 т/мин.
2.7.4 Определение суточной нагрузки на очистной забой

 

 Суточная нагрузка на очистной забой составит: 



где Q_сут – суточная нагрузка на очистной забой, т

Т_см– продолжительность смены, принимаем 6 часов

n_cм – число смен по добычи, принимаем n_см = 3



Далее вернемся в формулу (18) и подставим полученные данные.



Условие соблюдается и с учетом дегазации и эксплуатационной производительности, данный расчет выполнен правильно.
2.8  Комплекс мероприятий по подавлению пыли
Пыль является основным неблагоприятным профессиональным фактором в угольных шахтах. Пылеобразование сопровождает все основные процессы угледобычи: зарубку, отбойку и погрузку, транспортировку и др. Степень пылеобразования зависит от горно-геологических условий, крепости угля, водообильности шахт, условий залегания пласта, способа выемки угля и способа его транспортировки. Установлено, что на крепких углях пыли образуется больше, чем на мягких, уровень пылеобразования ниже при добыче влажного угля. Особенно большое количество пыли образуется при работе врубовых машин, проходческих и очистных комбайнов, очистных комплексов. Так, концентрации пыли в зоне работы машинистов комбайнов и машинистов крепи очистных комплексов, при отсутствии средств борьбы с пылью, могут достигать многих сотен миллиграмм (мг) в 1 м3. Уровень запыленности на рабочих местах машинистов зависит в значительной мере от направления вентиляционной струи относительно движения очистного комплекса: по ходу вентиляционной струи (снизу-вверх) или навстречу струе (сверху-вниз).

При движении комбайна по ходу вентиляционной струи запыленность в 1,5-2,2 раза выше, чем при движении против вентиляционной струи. При работе комбайнов с типовыми оросительными установками концентрации пыли на рабочих местах уменьшаются в 2,4-4 раза, но все же значительно превышают предельно допустимые концентрации. Высокая запыленность наблюдается при взрывных работах. Перемещение угля и породы к погрузочному люку по специальным желобам под действием собственного веса, при работе на пластах с крутым падением, также сопровождается интенсивным пылевыделением (до нескольких тысяч миллиграмм в 1 куб. м). При различных видах перегрузки угля и породы без их орошения запыленность может достигать сотен миллиграмм в 1 куб. м. Следует иметь в виду, что с внедрением средств механизации угледобычи на врубовых машинах, комбайнах, очистных комплексах в несколько раз уменьшается число шахтеров, занятых на работах в условиях высокой запыленности воздуха в шахте, а также значительно сокращается время пребывания забойщиков в атмосфере максимальной запыленности. Так, например, при разработке крутопадающих пластов на шахтах. Донбасса молотковым способом было занято в лаве 14 забойщиков, причем каждый занимался отбойкой 55% рабочего времени, а при комбайновом способе число рабочих в лаве сократилось до 4 человек, при этом в условиях максимальной запыленности работает только машинист комбайна, и то лишь в течение 15% рабочего времени.

Сравнительно низкие уровни запыленности воздуха наблюдаются при подземной гидравлической добыче угля. Наиболее эффективное снижение запыленности рабочих мест достигается при механогидравлической выемке (средневзвешенная запыленность колеблется от 2 до 20 мг/м3), особенно при высоконапорной гидроотбойке. Последний способ обеспечивает повсеместное, устойчивое и эффективное снижение уровней запыленности рабочих мест в концентрациях не выше 1-3 мг/куб. м. Взрывогидравлический способ не обеспечивает достаточного пылеподавления па местах работы забойной группы. Пыль, образующаяся при угледобыче, характеризуется высокой степенью дисперсности: частицы размером.до 5 мк составляют 75% и более всего количества пылинок.

Меры борьбы с пылью в угольных шахтах должны проводиться в следующих направлениях: предупреждение или значительное уменьшение пылеобразования, подавление пыли, взвешенной в воздухе, обезвреживание пыли в отношении опасности взрыва. Радикальным средством борьбы с пылью является введение такой технологии выемки угля, при которой пыль не возникала бы или человек был бы полностью изолирован от пыли (безлюдная выемка). Значительно снижается запыленность при гидравлическом способе отбойки и транспортировки угля. Этот способ уже применяется на шахтах разных бассейнов.
Разрабатываются способы беспыльного резания угольных пластов тонкими водяными струями, выходящими под давлением 200—500 атм. Создаются также конструкции импульсных водометов на сверхвысокое давление воды до 10 000 атм, разрушающих пласт угля без образования пыли. Наконец, разработана опытная конструкция проходческого агрегата, источником энергии для которого служит высоконапорная вода. Этот агрегат служит не только для проходки подготовительных выработок, но и для гидрозакладки. Все операции агрегата беспыльны.
Таким образом, внедрение в практику новой технологии выемки угля и проходки подготовительных выработок должно обеспечить беспыльные условия работы.

Следует, однако, отметить, что гидродобыча угля, ликвидировав основной вредный фактор, принесла с собой новые вредно действующие производственные факторы, подлежащие устранению. Основной из них — шум, достигающий 125 дБ при работе монитора. Не исключено переохлаждение организма рабочих гидродобычи в зимний период, главным образом в связи с промоканием одежды. Рабочих гидрозабоя необходимо снабжать специальной непромокаемой одеждой.
Прогрессивными с точки зрения гигиены являются способы выемки угля при отсутствии людей в забоях. Управление выемочными механизмами происходит со штреков. Конечно, в самом забое пыль образуется, и необходимы меры ее подавления, как необходимы и меры, предотвращающие поступление пыли на штреки. Но рабочий благодаря дистанционному управлению находится в месте, не загрязненном пылью. Такой способ выемки угля применяется на ряде шахт Донбасса.

В последнее время основным способом борьбы с пылью в подземных выработках является применение воды для орошения, промывки шпуров, нагнетания в пласт, гидроотбойки и т. п. В очистных забоях используется орошение водой при работе комбайнов, врубовых машин, отбойных молотков в лавах крутопадающих пластов. При работе врубовой машины водяной факел подается форсунками непосредственно в зарубную щель. Этим достигается значительное пылеподавление: количество пыли уменьшается до 12 раз (рис. 103). Схема оросительного устройства на комбайне «Донбасс» показана на рис. 104. Водяной факел от форсунок направляется в места пылеобразования. Общий расход воды при давлении 4 атмосферы составляет 15—18 л/мин. Количество пыли уменьшается примерно в 4 раза. Добавление к воде поверхностно-активного вещества ДБ (смесь поэтиленгликольмоноалкилфениловых эфиров) в количестве 0,1—0,2% улучшает смешиваемость пыли, и концентрации ее снижаются в некоторых случаях в 6—7 р. Можно повысить пылеподавлениеяпри работе комбайна, если увеличить давление воды, подаваемой в форсунки, до 25—30 атм, что достигается включением в комбайн специального насоса.

На крутопадающих пластах в лавах используют отбойные молотки с орошением (рис. 105). Расход воды при этом составляет от 0,5 до 9 л/мин, количество пыли уменьшается примерно в 5 раз. Однако для борьбы с пылью на крутых пластах этого недостаточно, так как основное количество ее образуется при спуске угля. Здесь для борьбы с запыленностью применяются специальные форсунки, орошающие движущийся уголь водой.

Эффективность указанных выше средств борьбы с пылью достигает 96—98%. Однако остаточное количество пыли еще очень велико — примерно 300—400 мг на 1 м³ воздуха. Одним из наиболее эффективных средств борьбы с пылью в очистных забоях является увлажнение пласта угля в массиве. Для этой цели в пласте угля по всему забою пробуривают шпуры, в которые нагнетается вода под давлением 50—60 атм и более. Увлажнение угля в массиве таким способом снижает запыленность воздуха на 40—50%, а применение длинных скважин (по 2 м) и давления около 200 атм—на 80%.

Следовательно, ни одно описанное выше мероприятие, примененное изолированно, не может дать необходимого обеспыливающего эффекта, — он может быть достигнут только применением всего указанного комплекса.
В подготовительных забоях при машинной проходке для борьбы с пылью применяется орошение водой и вентиляция. При буровых работах, когда производится мелкошпуровое пневматическое бурение, борьба с пылеобразованием осуществляется путем промывки скважины водой, в результате чего количество пыли может быть уменьшено в 10—15 раз.

Сухое пылеулавливание возможно при бурении двумя способами: отсасыванием пыли из-под колпака, плотно прилегающего к груди забоя, или отсасыванием пыли по каналу бура. Отсасываемый воздух должен очищаться от пыли в специальных фильтрах. Применение сухого пылеулавливания наиболее целесообразно при бурении В- тех местах, где имеется недостаток воды, и в условиях вечной мерзлоты.

Для бурения по углю и мягким породам используются электросверла, которые вызывают меньшее пылеобразование, чем пневматические перфораторы, но все же очень большое. Для борьбы с пылью при электробурении разработаны способы как мокрого, так и сухого пылеулавливания.

Большое количество пыли образуется при взрыве шпуров. Для пылеподавления в этом случае применяют ряд средств. Рекомендуется обмывать стены забоя водой для предупреждения взметывания осевшей пыли вследствие действия взрывной волны. Эффективным мероприятием является применение внутренней и внешней гидрозабойки шпуров. Для внутренней забойки разработаны гидропатроны, которые вставляются внутрь шпура, а для внешней забойки в забое развешиваются хлорвиниловые мешки с водой. Взрывная волна разрывает гидропатрон и хлорвиниловые мешки и диспергирует воду до мельчайших аэрозолей, способствующих осаждению пыли из воздуха.

Для осаждения пыли из воздуха после взрыва шпуров применяются также водяные оросители или туманообразователи, устанавливаемые в штреке на расстоянии 8—12 и 20—30 м от забоя. Оросители приводят в действие до взрыва шпуров и прекращают их действие через 30—40 минут после взрыва. Водяные аэрозоли достаточно эффективно способствуют осаждению пыли из воздуха и препятствуют распространению ее по выработкам.

Форсунки распылителей следует изготовлять из нержавеющей стали или пластмассы (капрона).

Орошение при помощи туманообразователей применяется главным образом для предупреждения распространения пыли по шахте. При машинной погрузке породы в забоях, при загрузке вагонеток углем из люков, в местах перегрузки с конвейера на конвейер, при опрокидывании вагонеток в бункер производится форсуночное орошение. Для загрузки вагонеток из люков применяются металлические переносные люки с орошением. Для удаления рабочего от места пылеобразования устраивается дистанционное управление загрузкой вагонеток из люка.

Для предупреждения взрывания пыли, осевшей на стенки выработок, применяют специальные уборочные машины, обмывание стенок выработок водой при помощи специального агрегата, связывание пыли на стенках выработок специальными растворами, например хлористого кальция.
Существенную роль в борьбе с пылью в подземных выработках играет вентиляция. Показано, что в подготовительных забоях наиболее эффективной в отношении удаления пыли является скорость движения воздушной струи 0,4 м/сек. Рационально в подготовительных забоях организовать приточно-вытяжную вентиляцию. Очистные забои должны проветриваться каждый в отдельности обособленной струей, а не последовательной, или должна применяться специальная очистка воздуха от пыли и газов. Оптимальны для выноса пыли скорости 0,8—1,6 м/сек.