ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №2
ВВЕДЕНИЕ
Методические указания по выполнению практических занятий предназначены для студентов специальности ГМО, изучающих дисциплину «Эксплуатация горных машин и оборудования подземных разработок».
В соответствии с программой дисциплины проведение практических занятий предусматривает приобретение навыков у студентов по выполнению:
- расчётов и анализа основных показателей и эксплуатационной производительности горных машин и комплексов;
- построение графиков организации работ технологических участков;
- расчёт и построение графиков планово-предупредительных ремонтов оборудования по остаточному ресурсу.
К горным машинам, изучаемым на занятиях, относятся:
- очистные комбайны;
- механизированные крепи;
- проходческие комбайны;
- проходческие щиты;
- бурильные установки подземных разработок;
На практических занятиях выполняются расчёты основных показателей и производительности, строятся необходимые графики на основании изложенных методических указаний по выполнению заданий, где приведены основополагающие формулы и зависимости.
В методических указаниях даны решения примеров для уяснения сути выполнения задания и приведены таблицы вариантов исходных данных, число наборов которых позволяет выполнять каждому студенту на практических занятиях индивидуальное задание.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №1
РАСЧЁТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И ПОСТРОЕНИЕ
ГРАФИКА ОРГАНИЗАЦИИ И ПЛАНОГРАММЫ РАБОТ
ДЛЯ КОМБАЙНОВОЙ ВЫЕМКИ УГЛЯ
Основные положения
График организации и планограммы работ показывают структуру и очерёдность выполнения основных и вспомогательных работ по выемке угля в течение одной смены.
Вначале необходимо произвести расчёт эксплуатационной производительности очистного комбайнового комплекса [1, 2] по формуле
Qэ = Q · kэ = 60 · m · Bз · Vп · γ · kэ, т/ч, (1.1)
где Q – теоретическая производительность, т/ч; т – вынимаемая мощность пласта, м; Bз – ширина захвата очистного комбайна, м; Vп – скорость подачи комбайна, м/мин; γ –плотность угля, т/м3; kэ – коэффициент непрерывности работы комбайна в процессе эксплуатации
, (1.2)
где tр –машинное время работы комбайна по добыче, tр = L / Vп, мин; L– длина лавы, м; tво – затраты времени на выполнение вспомогательных операций (концевых, маневровых, по зачистке забоя), мин; tуо – затраты времени на устранение отказов, мин; tэо – время простоев по эксплуатационным, организационным и техническим причинам (отсутствие порожняка, остановка оборудования транспортного комплекса, отсутствие электроэнергии, организационные неполадки), мин.
Отношение tр/ (tр + tво) = kc – коэффициент совершенства схемы работы оборудования комплекса. Отношение tр/ (tр + tуо) = kг– коэффициент готовности, отражающий уровень надёжности оборудования комплекса. Отношение
tр/ (tр + tэо) = kэ.о– коэффициент непрерывности работы комплекса, учитывающий простои по организационным и эксплуатационным причинам.
Выразив значения tво, tуо, tэочерез значения kc, kг, kэо и подставив их в формулу (1.2), получим следующее выражение:
. (1.3)
Подставив уравнение (1.3) в уравнение (1.1), окончательно получим
Qэ = 60 · m · Bз · Vп · γ · . (1.4)
Найденное значение Qэ должно удовлетворять условию:
Qэ · (tсм – tто1 – tрп) ≥ Qпл, т/см, (1.5)
гдеQэ – эксплуатационная производительность комплекса, т/ч; tсм – продолжительность рабочей смены, tсм = 6 ч; tто1– нормированная продолжительность ежесменного технического обслуживания, tто1 = 0,5 ч; Qпл – плановая сменная добыча, т/см; tрп – время регламентированного перерыва, tрп =0,33 ч.
На основании выражения (1.5) выбираем значение Qпл, равное полученному значению при вычислении левой части неравенства (1.5), округлённое до наименьшей величины, кратной 10.
На основании полученного значения плановой производительности (сменной добычи) количество циклов, необходимых для выполнения плана, будет равно
, (1.6)
где L– длина лавы, м.
Среднее время цикла:
, мин. (1.7)
Имея величины составляющих tво, tуо, tэо времени цикла, определяем машинное время работы tр
tр = tц – (tво + tуо + tэо), мин. (1.8)
Необходимая средняя скорость подачи комбайна:
Vп.ср = L / tр, м/мин. (1.9)
Определив значения времени цикла и машинного времени работы, строим график организации и планограмму работ для одной рабочей смены.
График организации и планограмма работ в очистном забое, оснащенном комплексом КМ138, представлены на рис.1.1. В состав сменного звена (10-11 человек) входят машинист комбайна, семь горнорабочих и два-три электрослесаря [2].
1. Зарубка комбайна типа РКУ13 (рис.1,б схема I). Зарубка производится косыми заездами от конвейерного штрека. Зарубку выполняет машинист комбайна. На зарубку комбайна затрачивается 3 мин. Передвижку привода конвейера и рештачного става конвейера длиной 6 м производит горнорабочий 8, обслуживающий крепь сопряжения.
2. Выемка угля комбайном на основном участке лавы (рис.1,б схема II).
Управление комбайном осуществляет машинист 1, регулирующий режим работы комбайна. Горнорабочий 2 следит: за своевременностью выдвижки секций крепи, за работой крепеукладчика и системы орошения, а также за состоянием кровли.
3. Передвижка секций крепи типа М138 (рис. 1,б схема III). Передвижку крепи производят машинисты крепи (горнорабочие 3, 4) вслед за проходом комбайна в соответствии с паспортом крепления.
Передвижка одной секции крепи занимает 35 с. Машинистами осуществляется одновременная передвижка двух секций. Шаг установки составляет 1,1 м. максимально допустимая скорость подачи комбайна по скорости крепления
м/мин.
В процессе передвижки секций крепи горнорабочий 5 производит зачистку оснований секций крепи.
4. Подготовка комбайна к перегону с зачисткой почвы (рис. 1,б схема IV).
Закончив выемку полосы, машинист комбайна выключает комбайн, проверяет его техническое состояние. Затем он включает комбайн и подготавливает его к следующей операции.
5. Перегон комбайна (рис. 1,б схема IV). При перегоне комбайна с зачисткой машинист 1 и горнорабочий 2 следят за полнотой зачистки. Оставшийся после зачистки уголь собирается вручную горнорабочим 5.
6. Передвижка конвейера типа СПЦ-271.38 (рис. 1,б схема V). Горнорабочий 5 проверяет состояние почвы перед передвижкой конвейера, разрушает вручную неотработанные пачки угля. Передвижка конвейера ведется волной вслед за комбайном. Операции по передвижке конвейера осуществляют горнорабочие 3 и 4 (машинисты крепи) по отдельным участкам конвейера.
7. Работа на концевых участках лавы. В вентиляционном штреке горнорабочий 8 выполняет передвижку крепи сопряжения типа КСШ5А, 5-7 секций в лаве и головку конвейера. В конвейерном штреке горнорабочие 6 и 7 выполняют передвижку крепи сопряжения типа КСШ5А, приводную головку конвейера, перегружатель, обслуживают энергопоезд. Горнорабочий 7 во время зарубки комбайна и во время выемки угля также осуществляет расштыбовку конвейера под приводной станцией.
Задание. Определить эксплуатационную производительность Qэ, построить график организации и планограмму работ для очистного комбайнового комплекса. Исходные данные представлены в табл.1.1.
Пример.
Исходные данные:
Очистной комбайновый комплекс КМ138 для выемки пластов мощностью
m = 1,25 – 2,35. В состав комплекса входит комбайн РКУ13.
m = 1,8 м; L = 180 м; Bз = 0,63 м; γ = 1,35 т/м3; Vп = 5 м/мин; tво = 30 мин (за один рабочий цикл); kг = 0,82; kэ.о = 0,90 (в задании рассматривается только односторонняя с самозарубкой схема работы комбайна).
Для расчёта эксплуатационной производительности Qэ по формуле (1.4) необходимо определить вначале машинное время работы комбайна по добыче:
tр = L / Vп = 180 / 5 = 36мин= 0,6ч.
Затем определяется коэффициент совершенства схемы работы оборудования комплекса
kc = tр / (tр + tво) = 36 / (36 +30) = 0,545.
Таким образом, получается
Qэ = 60 · 1,8 · 0,63 · 5 · 1,35 · = 212 т/ч.
Значение плановой производительности в нашем случае выбираем на основании неравенства (1.5), в котором левая часть будет равна
Qэ · (tсм – tто1 – tрп) = 212 · (6 – 0,5 – 0,33) = 1096т/см.
Плановая производительность на основании неравенства (1.5) будет равна
Qпл = 1090 т/см.
Количество циклов, необходимых для выполнения плана, на основании формулы (1.6) будет
.
Среднее время цикла:
ч.
На основании расчётных данных строим график организации и планограмму работ для очистного комбайнового комплекса КМ138 (рис.1.1).
Варианты заданий по расчёту значений, необходимых для построения графиков организации и планограммы работ (в задании рассматривается только односторонняя с самозарубкой схема работы комбайна) [5].
Таблица 1.1
№ | Очистной комплекс | Очистной комбайн | m, м | L, м | Bз, м | γ, т/м3 | Vп, м/мин | tво, мин | kг | kэ.о |
МКД90 | РКУ13 | 1,40 | 0,63 | 1,40 | 2,0 | 0,75 | 0,80 | |||
МКД90 | РКУ13 | 1,60 | 0,63 | 1,40 | 2,5 | 0,80 | 0,85 | |||
МКД90 | РКУ13 | 1,80 | 0,63 | 1,40 | 3,0 | 0,85 | 0,90 | |||
1КМТ | РКУ13 | 1,35 | 0,63 | 1,35 | 3,5 | 0,75 | 0,80 | |||
1КМТ | РКУ13 | 1,45 | 0,63 | 1,35 | 4,0 | 0,80 | 0,85 | |||
1КМТ | РКУ13 | 1,50 | 0,63 | 1,35 | 4,5 | 0,85 | 0,90 | |||
2КМТ | РКУ13 | 1,70 | 0,63 | 1,35 | 3,5 | 0,78 | 0,82 | |||
2КМТ | РКУ13 | 1,90 | 0,63 | 1,35 | 4,0 | 0,82 | 0,88 | |||
2КМТ | РКУ13 | 2,00 | 0,63 | 1,35 | 4,5 | 0,84 | 0,92 | |||
КМ138 | РКУ13 | 1,90 | 0,63 | 1,40 | 4,2 | 0,75 | 0,82 | |||
КМ138 | РКУ13 | 2,00 | 0,63 | 1,40 | 4,6 | 0,80 | 0,88 | |||
КМ138 | РКУ13 | 2,10 | 0,63 | 1,40 | 5,0 | 0,85 | 0,92 | |||
МК75Б | РКУ10 | 1,60 | 0,63 | 1,35 | 3,5 | 0,75 | 0,82 | |||
МК75Б | РКУ10 | 1,75 | 0,63 | 1,35 | 4,0 | 0,80 | 0,88 | |||
МК75Б | РКУ10 | 1,90 | 0,63 | 1,35 | 4,5 | 0,85 | 0,92 | |||
1ОКП70Е | 2ГШ68Е | 2,20 | 0,50 | 1,40 | 4,8 | 0,80 | 0,85 | |||
1ОКП70Е | 2ГШ68Е | 2,40 | 0,50 | 1,40 | 5,5 | 0,85 | 0,90 | |||
2ОКП70Б | 2КШ3 | 2,80 | 0,50 | 1,35 | 6,5 | 0,82 | 0,88 | |||
2ОКП70Б | 2КШ3 | 3,20 | 0,50 | 1,35 | 7,0 | 0,84 | 0,92 | |||
3ОКП70Б | 2КШ3 | 3,60 | 0,50 | 1,35 | 6,8 | 0,82 | 0,85 | |||
3ОКП70Б | 2КШ3 | 4,00 | 0,50 | 1,35 | 7,4 | 0,84 | 0,90 | |||
4ОКП70Б | 2ГШ68Е | 1,60 | 0,50 | 1,35 | 4,4 | 0,82 | 0,85 | |||
4ОКП70Б | 2ГШ68Е | 2,00 | 0,50 | 1,35 | 5,2 | 0,84 | 0,90 | |||
КМ130 | 1КШЭ | 3,40 | 0,50 | 1,35 | 3,2 | 0,75 | 0,82 | |||
КМ130 | 1КШЭ | 3,80 | 0,50 | 1,35 | 3,6 | 0,80 | 0,88 | |||
КМ130 | 1КШЭ | 4,00 | 0,50 | 1,35 | 4,0 | 0,85 | 0,92 | |||
КМ144 | РКУ16 | 2,60 | 0,63 | 1,35 | 3,4 | 0,82 | 0,92 | |||
КМ144 | РКУ16 | 3,00 | 0,63 | 1,35 | 3,8 | 0,80 | 0,85 | |||
КМ142 | 1КШЭ | 3,50 | 0,50 | 1,40 | 3,4 | 0,80 | 0,92 | |||
КМ142 | 1КШЭ | 4,00 | 0,50 | 1,40 | 3,8 | 0,85 | 0,88 |
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №2
ВЫБОР ВЕЛИЧИНЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ НАЧАЛЬНОГО
РАСПОРА И РАБОЧЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ
Основные положения
Во время работы очистного механизированного комплекса по выемке угля могут возникнуть аварийные ситуации, связанные с работой секций механизированной крепи, из-за несоответствия силовых параметров гидростоек характеру деформации налегающей кровли. В сложившейся ситуации необходимо правильно подобрать величину сопротивления начального распора и рабочего сопротивления гидростойки крепи.
Во время выемочных работ кровля выработки не должна превышать предельную величину смещения Hm, т.е. крепь должна удовлетворительно (без обвалов и обрушений вмещающих пород) поддерживать пространство лавы. Схема предельного состояния показана на рис.2.1. Если величина начального распора является достаточной, то происходит ограничение смещения нижних слоев кровли и их уплотнение, снижается их расслаивание. При этом консоль кровли, состоящая из отдельных слоев, становится аналогичной балке с большой высотой, что увеличивает ее сопротивление изгибу, а следовательно, снижает величину смещения.
Рис.2.1. Предельное состояние кровли при работе секции механизированной крепи
Большое влияние на выбор параметров начального и рабочего сопротивления оказывает механизм взаимодействия основной и непосредственной кровли с механизированной крепью. Этот механизм описывается условием [2]
hm + m ³ hm × kр + Hm, (2.1)
где hm – мощность непосредственной (легкообрушающейся) кровли, м; m – вынимаемая мощность пласта, м; kр – коэффициент разрыхления пород непосредственной кровли; Hm – предельный прогиб нижних слоев основной кровли до потери ими устойчивости в призабойном пространстве, м.
Экспериментальными исследованиями [2] установлены следующие соотношения m, Hm и kр при ширине поддерживаемого призабойного пространства L = 4 м.
Таблица 2.1
m, м | 0,7 | 0,9 | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 |
Hm, м | 0,18 | 0,19 | 0,20 | 0,21 | 0,22 | 0,23 | 0,24 | 0,245 | 0,25 |
kр | 1,15 | 1,18 | 1,20 | 1,25 | 1,30 | 1,35 | 1,40 | 1,45 | 1,50 |
Для других значений L величина Hm принимается прямо пропорциональной L.
При описанном выше механизме взаимодействия крепи и кровли минимально необходимое сопротивление начального распора Рнр крепи при условии поддержания всей толщи непосредственной кровли [2] определится по
выражению
Рнр = hm × g × k, МН/м2, (2.2)
где hm – мощность поддерживаемой непосредственной кровли, м,
hm = (m – Hm) / (kр – 1); (2.3)
g – средний удельный вес пород непосредственной кровли, g = 25¸27 кН/м3;
k – коэффициент пригрузки от основной кровли, который принимается равным 1,0 – для легкоуправляемых (л/у), 1,55 – для среднеуправляемых (с/у) и 2,4 – для трудноуправляемых (т/у) кровель .
Рассчитанная по выражению (2.2) величина сопротивления начального распора при одинаковых диаметрах рабочих полостей всех гидростоек выбранной секции [2] должна отвечать условию
, МН/м2, (2.4)
где dр – диаметр рабочей полости гидростройки,м; п – количество стоек в секции; рр – рабочее давление в напорной магистрали, МПа; L – ширина поддерживаемого призабойного пространства, м; l – шаг установки секций крепи, м. Если условие (2.4) не выполняется, то подбираем гидростойку с большим диаметром рабочей полости, исходя из условия
, м. (2.5)
Полученное значение при решении правой части неравенства округляем до ближайшего большего значения на основании следующего ряда величин dр, м: 0,14; 0,16; 0,20; 0,22; 0,25 [5].
Выбор величины необходимого рабочего сопротивления механизированных крепей осуществляется на основании графических зависимостей, представленных на рис.2.2 [2].
Рис.2.2. Зависимости необходимого рабочего сопротивления Р механизированных крепей поддерживающего, поддерживающе-оградительного (а) и оградительно-поддерживающего (б) типов от мощности пласта m и класса кровли: 1 - легкоуправляемой, 2 - среднеуправляемой, 3 – трудноуправляемой
Приведенные расчетные зависимости определены для ширины призабойного пространства 4 м (рис.2.2,а) и 2.5 м (рис. 2.2,б) при шаге расстановки секций 1,5 м.
Определенная по графикам рис.2.2 необходимая величина рабочего сопротивления Р в зависимости от типа крепи, мощности пласта и класса кровли [2] должна отвечать условию
Р ≤ Ррс или , МН/м2, (2.6)
где Ррс – рабочее сопротивление крепи по технической характеристике, МН/м2;
dр – диаметр рабочей полости стойки, м; n– количество стоек в секции; pпк – давление настройки предохранительного клапана стойки крепи, МПа. Если условие (2.6) не выполняется, то увеличиваем величину pпк.
Задание. На основании исходных данных и данных табл.2.2 [5] выбрать механизированную крепь, необходимую для работы очистного комплекса, проверив и скорректировав величину её несущей способности по значению допустимого сопротивления начального распора и рабочего сопротивления.
Таблица 2.2
Параметр | Тип крепи | |||||
Модель | 1МК103М | 1МК90 | 2МК90 | 3МК90 | МК98 | 1М88 |
Поддерживающая | ||||||
m, м | 0,71¸0,95 | 0,80¸1,25 | 1,1¸1,5 | 1,35¸2,0 | 0,75¸1,0 | 1,0¸1,3 |
n | ||||||
Основная кровля пласта | л/у, с/у | с/у | с/у | с/у | л/у, с/у | с/у |
Lкр, м | 2,7 | 5,2 | 5,2 | 4,7 | 3,46 | 3,67 |
l, м | 1,2 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,6 | 0,95 |
рр, МПа | ||||||
Рнр, МН/м2 | 0,400 | 0,344 | 0,720 | 0,440 | 0,252 | 0,287 |
Ррс, МН/м2 | 0,500 | 0,430 | 0,900 | 0,550 | 0,315 | 0,410 |
Продолжение табл.2.2
Параметр | Тип крепи | |||||
Модель | 2М87УМН | 2М87УМП | 1М88С | 2М87С | 1ОКП70 | 2ОКП70 |
Поддерживающая | Оград.-поддерж. | |||||
m, м | 1,25¸1,95 | 1,05¸1,95 | 1,05¸1,4 | 1,25¸1,95 | 1,5¸2,5 | 2,3¸2,5 |
n | ||||||
Основная кровля пласта | с/у | л/у | л/у, с/у | л/у, с/у | с/у | с/у |
Lкр, м | 3,67 | 3,54 | 3,67 | 3,67 | 3,35 | 3,62 |
l, м | 0,95 | 0,95 | 1,3 | 1,3 | 1,1 | 1,1 |
рр, МПа | ||||||
Рнр, МН/м2 | 0,287 | 0,434 | 0,350 | 0,350 | 0,480 | 0,480 |
Ррс, МН/м2 | 0,410 | 0,620 | 0,500 | 0,500 | 0,600 | 0,600 |
Продолжение табл.2.2
Параметр | Тип крепи | ||||||
Модель | 2ОКП70Б | 3ОКП70Б | 4ОКП70Б | УКП5 | 2М142 | М144 | М130 |
Оградительно-поддерживающая | Поддерж.-оградительная | ||||||
m, м | 2,4¸3,5 | 2,8¸4,0 | 1,6¸2,2 | 2,4¸5,0 | 3¸5 | 2,0¸3,2 | 2,35¸3,20 2,50¸3,65 2,80¸4,15 |
n | |||||||
Основная кровля пласта | с/у | с/у | с/у | т/у | т/у | с/у | т/у |
Lкр, м | 3,62 | 3,62 | 4,515 | 4,0 | 4,0 | 4,3 | |
l, м | 1,1 | 1,1 | 1,1 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,2 |
рр, МПа | |||||||
Рнр, МН/м2 | 0,480 | 0,480 | 0,480 | 0,910 | 1,031 | 0,560 | 0,450 |
Ррс, МН/м2 | 0,600 | 0,600 | 0,600 | 1,300 | 1,452 | 0,700 | 0,700 |
Пример.
Исходные данные:
m = 2,0 м; класс кровли – среднеуправляемая; dр = 0,16 м; L = 4 м; pпк = 40 МПа.
Исходя из заданного значения мощности пласта m выбираем на основании табл.2.2 крепь 1ОКП70.
Минимально необходимое сопротивление начального распора Рнр крепи определим на основании формулы (2.2), предварительно найдя значение hm по формуле (2.3). Зная значения m (см. исходные данные), находим по табл. 2.1 значения Hm и kр и подставляем их в формулу (2.3)
hm = (2,0 – 0,22) / (1,3 – 1) = 5,933 м;
Рнр = 5,933 × 27 × 1,55 = 0,248 МН/м2.
На основании выражения (2.4)
,
0,248 ≤ 0,585, МН/м2.
Таким образом, условие (2.4) выполняется.
На основании графиков на рис.2.1 определяем необходимое рабочее сопротивление P механизированных крепей
P = 0,66 МН/м2.
На основании выражения (2.6)
, МН/м2,
0,66 ≤ 0,731, МН/м2.
Таким образом, условие (2.6) выполняется.
Выбранная крепь отвечает окружающим условиям работы.
Варианты заданий для расчёта величины допустимого сопротивления
начального распора и рабочего сопротивления
№ | m, м | g, кН/м3 | Класс кровли | dр, м | L, м | pпк, МПа |
0,7 | л/у | 0,14 | 4,0 | |||
0,9 | л/у | 0,14 | 4,0 | |||
1,0 | л/у | 0,14 | 4,0 | |||
1,5 | л/у | 0,14 | 4,0 | |||
2,0 | с/у | 0,14 | 4,0 | |||
2,5 | с/у | 0,14 | 4,0 | |||
3,0 | с/у | 0,14 | 4,0 | |||
3,5 | с/у | 0,14 | 4,0 | |||
4,0 | с/у | 0,14 | 4,0 | |||
4,5 | т/у | 0,14 | 4,0 | |||
5,0 | т/у | 0,14 | 4,0 | |||
0,7 | с/у | 0,16 | 4,0 | |||
0,9 | с/у | 0,16 | 4,0 | |||
1,0 | с/у | 0,16 | 4,0 | |||
1,5 | с/у | 0,16 | 4,0 | |||
2,0 | с/у | 0,16 | 4,0 | |||
2,5 | т/у | 0,16 | 4,0 | |||
3,0 | т/у | 0,16 | 4,0 | |||
3,5 | т/у | 0,16 | 4,0 | |||
4,0 | т/у | 0,16 | 4,0 | |||
4,5 | т/у | 0,16 | 4,0 | |||
5,0 | т/у | 0,16 | 4,0 | |||
0,7 | л/у | 0,14 | 4,0 | |||
0,9 | л/у | 0,14 | 4,0 | |||
1,0 | л/у | 0,14 | 4,0 | |||
1,5 | л/у | 0,14 | 4,0 | |||
2,0 | с/у | 0,14 | 4,0 | |||
2,5 | с/у | 0,14 | 4,0 | |||
3,0 | с/у | 0,14 | 4,0 | |||
3,5 | с/у | 0,14 | 4,0 |