Выбор и расчет средств комплексной механизации очистного забоя

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Департамент образования и науки Кемеровской области

Государственное казенное профессиональное образовательное учреждение

Томь-Усинский энерготранспортный техникум

Пояснительная записка к курсовому проекту

Тема:

Выбор и расчет средств комплексной механизации очистного забоя

Исполнитель: Лучинин С.Н.

Студент 3 курса гр. ТЭО-1-13

Руководитель: преподаватель в.к.

Скрипченко Н.Ф.

Мыски - 2016



Реферат

Курсовой проект 52 стр., 7 табл., 10 источников, 3 прил.

Механизированная крепь, мощность пласта, ложная кровля, горно-геологические условие месторождение, система разработки, выемочный участок, конвейерный штрек.

Целью данного проекта является расчет и выбор горного оборудования для добычи угля, расчет нагрузки на очистной забой и расчет количества воздуха для проветривания выемочного участка. Расчет производится с учетом использования современной зарубежной техники.

В процессе работе производились исследования по увязке конструктивных и режимных параметров функциональных машин, далее мы выбрали механизированный комплекс, систему разработки пласта, выемочную машины, забойный конвейер, производили выбор, и расчет механизированной крепи, для безопасности работы рассчитали теоретическую и техническую производительность очистного комбайна, рассчитали количество секций в лаве. Средства механизации и совокупность установок, комплектов оборудования производственных предприятий, механизированных инструментов. Служат для обеспечения комплексной механизации работ и сокращения затрат ручного труда до минимума.

Выполнены задания горно-геологического условия месторождений, горно-геологические условия определяют основные параметры очистных и горно-подготовительных работ, их взаимосвязь во времени и пространстве, а гидротехнические условия месторождений являются основой выбора способов водоснабжения горных работ.

Результатами разработки курсового проекта можно считать решение следующих задач:

- курсовой проект написан с учетом современного состояние горной промышленности.

- использованы современные средства механизации ведения горных работ, технологии выполнения производственных процессов, охране труда и технике безопасности

- учтены особые горно-геологические условия, усложняющие технологию ведения горных работ.

- приведены необходимые расчеты для обоснования принятых технических решений.



Содержание

Введение

1. Горная часть

1.1 Горно-геологическая характеристика пласта

1.2 Анализ заданных горно-геологических условий месторождения и выбор системы разработки

1.3 Выбор средств механизации очистных работ

2. Выбор и расчет средств комплексной механизации очистного забоя

2.1 Выбор типа и расчет механизированной крепи

2.1.1 Проверка крепи на несущую способность

2.1.2 Проверка крепи на возможность ее работы в условиях опускания кровли

2.1.3 Расчет количества секций в лаве

2.2 Выбор выемочной машины

2.3 Выбор забойного конвейера

2.4 Увязка конструктивных и режимных параметров функциональных машин

2.5 Технические характеристики оборудования

2.6 Расчет скорости подачи очистного комбайна

2.6.1 Определение скорости подачи по мощности двигателя привода исполнительного органа

2.6.2 Определение скорости подачи комбайна по вылету резца

2.6.3 Определение скорости подачи комбайна по газовому фактору

2.6.4 Определение скорости подачи комбайна по производительности конвейера

2.7 Расчет производительности очистного комбайна

2.7.1 Теоретическая производительность

2.7.2 Техническая производительность

2.7.3 Эксплуатационная производительность

2.7.4 Определение суточной нагрузки на очистной забой

2.8 Комплекс мероприятий по подавлению пыли

2.9 Транспортировка угля, породы, оборудования, людей

2.10 Основные правила безопасности при работе проходческих комбайнов

Заключение

Список использованных источников и литературы

Приложение А: Перечень буквенных обозначений

Приложение Б. Схема очистного забоя

Приложение В. Схема транспортировка угля, оборудования, людей

Спецификация

Графическая часть: Лист 1 Средства механизации очистных работ



Введение

Одна из крупнейших отраслей топливно-энергетического комплекса угольная промышленность. Преобладающая часть, которой является пока еще подземная добыча.

Используя подземный метод добычи угля, можно применять различные их вариации в зависимости от имеющихся условий работ. Первый способ - камерно-столбовой подразумевает наличие системы горизонтальных штреков, которые между собой имеют столбы для поддержания кровли выработки. В случае с разработками лавами угольные пласты добываются большими площадями, после чего порода кровли может обрушиться из-за образовавшихся пустот.

Актуальность данного курсового проекта является повышения эффективности работы с целью успешного решения задач для снижения уровня безопасности и эффективности работы горно-шахтного оборудования.

Целью данного курсового проекта является выбор и расчет средств комплексной механизации очистного забоя для добычи угля в горно-геологических условиях, расчет производительности с учетом использования современной техники.

Основные факторы, напрямую влияющие на эффективность работы, и соответственно, экономическое благополучие горнодобывающих предприятий.

Специфика условий режимов эксплуатации горно-шахтного оборудования, предназначенного для добычи полезных ископаемых, проведения горных выработок обусловленная стесненностью рабочего пространства, изменчивостью физико-механических свойств разрабатываемых и вмещающих пород, непостоянством рабочего места при постоянном перемещении машин в забое запыленности атмосферы и химической активностью шахтных вод, сложность, проведения работ по техническому обслуживанию и ремонту, монтажу и демонтажу.

Одним из главных мероприятий является замена очистных и проходческих комбайнов, лавных конвейера на более совершенную технику с большим ресурсом и запасным прочности.

В курсовом проекте объектом исследования является организация работ в очистном забое.

Предметом исследования курсового проекта является влияние расчета средств комплексной механизации на выбор горного оборудования в очистном забое

Структура курсового проекта состоит из введения, горной части, расчета средств комплексной механизации очистного забоя.

Задача курсового проекта является приобретение навыком работы с технической литературой и документацией, умений самостоятельно принимать технические решения.

Комплексная механизация процессов на горных предприятиях предусматривает взаимодействие и одновременную работу различных средств механизации, имеющих в ряде случаев сложную структуру. Исходя из конкретных горно-геологических характеристик пласта, необходимо правильно выбрать оборудование, горные машины и комплексы, которые способствовали бы эффективной и безопасной работе горнодобывающего предприятия. Но правильный выбор конструктивных и режимных параметров функциональных машин комплекса в полной мере не обеспечивает их эффективной работы. Необходимо обеспечить увязку этих параметров.

Для современных шахт характерно: высокая концентрация подземных горных работ; оснащение лав высокопроизводительными выемочными комплексами; стремление к применению лав длиной 300-350 м; быстрое продвижение фронта очистных забоев; увеличение длины выработок, оконтуривающих выемочные (длинные) столбы по простиранию (до 2500-3000 м); проходка подготовительных выработок с применением проходческих комбайнов; стремление к бесперегрузочному транспортированию (к увеличению длины става ленточного конвейера).

Задачи обеспечения надежной, эффективной и безопасной работы оборудования в процессе эксплуатации по назначению требует решения следующих задач:

- выбор средств механизации очистных работ;

- изучения технической характеристики оборудования;

- расчете теоретической, технической и эксплуатационной производительности очистного комбайна;

Горно-шахтному оборудованию предъявляются высокие и жесткие требования по безопасности и санитарно-гигиенические условие труда, эффективность выполнения всех рабочих функций при устранения тяжелого физического труда.



1. Горная часть

1.1 Горно-геологическая характеристика пласта

Пласт имеет простое строение, местами разделен глинистыми прослойками мощностью 0,3 метра. Мощность пласта колеблется в пределах от 2,6 до 3,0метра, и в среднем составляет 2,8 метра. Залегание пласта волнистое, угол падения 8^о. Крепость угля составляет f = 0,9-1,1 по шкале профессора Протодъяковона.

Непосредственно над пластом залегает пачка крупнозернистых, трещиноватых алевролитов мощностью 0,1-0,3 метра обрушающаяся вслед за выемкой угля - ложная кровля, представленная углистым аргиллитом и углистым алевролитом. Непосредственно кровля представлена в основном алевролитами и песчаниками.

Выше ложной кровли залегают мелкозернистое, трещиноватые песчаники крепостью f = 4-7, мощности 1-2 метра - непосредственно кровли.

Класс кровли по классификации пологих угольных пластов 3.1.3:

- по управляемости: 3 трудноуправляемая;

- по устойчивости непосредственной кровли: 1 устойчивая;

- по нагрузочным свойствам основной кровли: 3 тяжелая.

Непосредственная кровля представлена в основном алевролитами и песчаниками крепостью f = 4-7, мощностью 3-4 метра. Кровля весьма неустойчивая, тяжелая, площадь обнажения 5-10 мІ, время обнажения до 20 минут. В нарушенных и обводненных зонах кровля крайне неустойчивая, площадь обнажения 5мІ, время обнажения 5 минут.

Почва пласта представлена алевролитами серыми, темно-серыми мелкозернистыми, в интервалах по вентиляционному штреку и по конвейерному штреку алевролиты серые крупнозернистые, массивные крепкие, часто переходящие в тонкозернистые песчаники или переслаивающиеся с мелкозернистыми песчаниками не склонными к пучению с крепостью пород f = 4-7.

Пласт обводнен, приток воды до 5-10 мі/час.

Пласт является склонным к самовозгоранию, опасным по пыли, угрожаемым по горным ударам глубины 150 метров и выбросоопасным с глубины 300 метров от дневной поверхности.

По угольной пыли шахта относится к взрывобезопасным.

1.2 Анализ заданных горно-геологических условий месторождения и выбор системы разработки данного пласта

Система разработки - это определенный порядок, проведения подготовительных и очистных выработок в пределах выемочного поля, увязанный во времени и пространстве.

Система разработки может быть различна в зависимости от различных факторов:

- форма месторождения и наличие геологических нарушений;

- мощность разрабатываемых пластов;

- угол падения угольных пластов;

- строение пластов;

- крепость и вязкость угля;

- обводненность месторождений.

Системой разработки данного выемочного поля является технология отработки пласта по простиранию длинными столбами. Направления движения очистного забоя может быть ориентировано по простиранию, падению и восстанию, а также под любым, другим углом к элементам залегания. Забой имеет прямоугольную форму.

При столбовой системе разработки подготовительные и очистные работы разделены в пространстве и времени: в одном выемочном поле, ярусе, или этаже ведутся подготовительные работы, в другом - очистные. Участковые подготовительные выработки поддерживаются в массиве полезных ископаемых; по мере отработки выемочного столба длина поддерживаемой части этих выработок, как правило, сокращается. В вариантах столбовой системы разработки с прямоточным проветриванием при бесцеликовой технологии выемки угля часть вентиляционной выработки позади очистного забоя поддерживается в выработанном пространстве.

Заблаговременное проведение подготовительных выработок обеспечивает доразведку пласта в пределах выемочного столба и создает условия для проведения его дегазации и осушения. Указанные особенности делают столбовые системы разработки особенно эффективными при интенсивном производстве, когда очистные и подготовительные работы насыщены большим числом высокопроизводительных машин и механизмов. При этих системах на пологих тонких и средней мощности пластах в Кузнецком бассейне достигнуты самые высокие в отрасли нагрузки очистные забои.

В настоящем курсовом проекте принимаем систему разработки длинными столбами по простиранию. Подготовку столбов осуществляем по бесцеликовой схеме проведением конвейерных штреков.

Конвейерный штрек при отработке лавы сохраняется и повторно используется при отработке нижележащей лавы.

Порядок отработки столбов - нисходящий.

Длина очистного забоя - 170 метров (согласно задания).

Длину столба по простиранию - 1300 метров (согласно задания).

1.3 Выбор средств механизации очистных работ

В настоящее время основные средства механизации очистных работ на пологих пластах - механизированные комплексы. Выбор типа комплекса зависит от многих факторов. Условия их применения (длина лавы, вынимаемая мощность пласта, угол падения, сопротивляемость угля резанию, газоносность пласта, обводненность, устойчивость непосредственной кровли и почвы) обычно указываются в специальных справочниках.

Имея необходимый объем геологической информации по выемочному столбу, полю, ярусу и сопоставив их с возможной областью применения комплексов, выбирают наиболее приемлемый из них. Вопрос выбора комплекса осложняется, когда в одних и тех же условиях можно одинаково успешно применить два или несколько типов комплексов, например с узкозахватными комбайнами или со струговыми установками.

В этих условиях предпочтение следует отдавать тому из них, который при прочих примерно равных показателях (нагрузка на забой, производительность труда рабочих по участку) обеспечивает лучшее качество продукции (по сортности и зольности) и комфортность условий работы. Комплексная механизация горного производства - оснащение горных работ (по добыче полезных ископаемых, проведению выработок) комплектами индивидуальных и комбинированных взаимосвязанных основными параметрами горных машин и комплексов.

На выбор средств механизации влияют в основном горно-геологические условия залегания пласта.

Под комплексной механизацией очистных работ следует понимать систему технологически, кинематический и конструктивно связанных между собой машин и механизмов, производящих следующих операции;

- выемку угля;

- доставку угля;

- передвижку забойного конвейера;

- зачистку забоя;

- крепления и управления горным давлением в забое;

- укладку гибкого кабеля, шлангов орошения и некоторых вспомогательных работ

Основной (базовой) частью механизированного комплекса является забойный конвейер, который расположен по всей длине лавы вдоль очистного забоя. По забойному конвейеру перемещается очистной комбайн, который производит выемку угля и осуществляет его погрузку на конвейер.

Для управления кровлей используется механизированная крепь, секции крепи устанавливаются одна за другой вдоль всего очистного забоя. Все секции крепи при помощи домкратов передвижки крепятся к забойному конвейеру.

В настоящем курсовом проекте для очистной выемки принимаем механизированный комплекс КМ138, в состав которого входят:

- механизированная крепь 4М138/4;

- очистной узкозахватный комбайн К500;

- забойный конвейер СП301;

- перегружатель ПСП-271;

- крепи сопряжения КСШ5А;

- насосные станции СНТ-40;

- система пылеподавления;

- электрооборудование.

На основании выбора средств механизации очистных работ составлена схема очистного забоя (приложение Б)



2. Выбор и расчет средств комплексной механизации очистного забоя

2.1 Выбор типа и расчет механизированной крепи

При выемке полезного ископаемого обнаженные вмещающие породы теряют устойчивость и могут обрушаться. Для создания безопасных условий труда и эксплуатации горного оборудования выемка угля сопровождается креплением очистного забоя - процессом установки поддерживающих кровлю (а также почву) конструкций. Сами поддерживающие конструкции называют крепью очистного забоя.

Механизированная крепь - это горная машина, размещенная по всей длине очистного забоя, и состоящая из самопередвигающихся секций, механизирующих процессы - крепления очистной выработки, управления кровлей II передвижки на забой става забойного конвейера или базы комплекса(агрегата) имеете с выемочной машиной.

Механизированная крепь состоит из секций или комплектов (групп взаимосвязанных секций), насосной станции (одной или нескольких), распределительной и контрольно-регулирующей аппаратуры и гидрокоммуникаций. Секция механизированной крепи - самостоятельная структурная единица, способная на ограниченной длине очистного забоя, равной ширине секции, поддерживать призабойное пространство очистного забоя в рабочем и безопасном состоянии.

Основная функция механизированной крепи - создание сопротивления опусканию (обрушению) пород кровли в призабойное пространство.

Механизированная крепь, являясь одной из главных функциональных средств механизации выемки угля, одновременно в значительной мере влияет на выбор типа выемочной машины и забойного конвейера.

К механизированным крепям предъявляются следующие требования:

- надежное обеспечение поддержания кровли в призабойном пространстве; управление кровлей со стороны выработанного пространства очистного забоя;

- защита призабойного пространства от проникновения обрушенных пород;

- механизированная передвижка конвейера как вслед за подвиганием комбайна, так и одновременно по всей длине лавы;

- скорость передвижки крепи должна быть не менее скорости движения комбайна;

- обеспечения свободного прохода для людей не шириной не меня 0,7 метра и высотой 0,4 мера.

В курсовом проекте предусматриваем применение механизированного комплекса КМ138, в состав которого входит механизированная крепь 4М138/4. Техническая характеристика данной крепи приведена в таблице №2.

2.1.1 Проверка крепи на несущею способность

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

Проверка крепи на несущую способность сводится к сопоставлению расчетных нагрузок на крепь от действия пород непосредственной кровли (Q₃ и R) с соответствующими рабочими сопротивлениями крепи (Р_Д и Р_П), взятыми из ее технической характеристики.

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

где y_п - плотность породы кровли (согласно заданию)

h - мощность непосредственно кровли, м (согласно задании)

где V_п - плотность породы, т/м²(согласно заданию)

10 - переводной коэффициент в кН

Подставим все значения в формулу (1) определим рабочую нагрузку на

1м² площади кровли пространства забоя.

Нагрузка на 1 метр посадочного ряда крепи определяем по формуле:

где b - длина секции крепи по перекрытию, м; (таблица 1)

r - шаг передвижки секции, м. (таблица 1)

V_п - объемный вес пород непосредственной кровли, кН/м²(ф.1)

h - мощность непосредственной кровли, м

=

Для нормальной и безопасной работы крепи должно иметь место неравенства:

где Р_д - сопротивление крепи на 1 м² поддерживаемого пространства, кН/м²; (таблица 1)

Р_п - сопротивление крепи на 1 м посадочного ряда, кН/м. (таблица 1)

Q₃ - рабочая нагрузка на 1м² площади кровли пространства забоя (ф.1)

R- нагрузка на 1 м посадочного ряда (ф.3)

Механизированную крепь можно поверить по нагрузке на одну секцию, подсчитываемую по формуле:

где b - длина секции крепи по перекрытию, м; (таблица 1)

а_С - шаг установки крепи вдоль лавы, м. [1, c. 27]

h - мощность непосредственной кровли, м (согласно задания)

y_п - плотность породы кровли (согласно задания)

Для нормальной и безопасной работы крепи, должно иметь место неравенство:

где Р_С - рабочее сопротивление стойки, кН.

Q_c - нагрузке на одну секцию крепи, кН

Для безопасной работы сопротивления одной секции должно быть выше расчетной нагрузки по нагрузке на одну секцию крепи максимальной мощности непосредственно кровли применение обеспечивает безопасную работу так как:

где Р_С - рабочее сопротивление стойки, кН.

Q_c - нагрузке на одну секцию крепи, кН

Полученное значения удовлетворяет данному требованию формулы (4).

2.1.2 Проверка крепи на возможность ее работы в условиях опускания кровли

При выборе, механизированной крепи прежде всего, необходимо обеспечить соответствие ее номинального рабочего сопротивления типу основной кровли по нагрузочным свойствам, что требует рассмотрения единой классификации кровель угольных пластов.

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

Проверяем крепь на возможность ее работы в условиях опускания кровли над передним и задним рядами гидростоек:

где m _min - минимальная мощность пласта, м; (согласно заданию)

m _mах - максимальная мощность пласта, м; (согласно заданию)

?_п - наименьшее расстояние от забоя до передней стойки, м; (ф.9)

?_З - наибольшее расстояние от забоя до задней стойки, м; (ф.8)

б' - коэффициент учитывающий класс кровли: [1, c. 11]

III класс - весьма устойчивые породы б' = 0,015;

и - запас раздвижности гидростоек на разгрузку, м:

для мощности пласта> 1,2 м и = 0,08 м;

Предпочтение следует отдавать типоразмеру с высотой меньшей

Н _min и большей Н _mах. [1, c.27]

Для двухрядных крепей:

где ?_п - наименьшее расстояние от забоя до передней стойки, м; (ф.8)

?_з - наибольшее расстояние от забоя до задней стойки, м; (ф.7)

а - расстояние от задней гидростойки до передней кромки козырька, м; [1, c. 27]

d - расстояние от забоя до передней кромки козырька, м; [1, c. 27]

В - ширина захвата комбайна, м; [1, c.28]

с - расстояние от передней гидростойки до передней кромки козырька, м.

Подставляем все значения в формулу (8) и (9) определим наименьшее расстояние от забоя да передней и задней стенки для двухрядной крепи. [1, c.27]

Для однорядных крепей:

где ?_З- наибольшее расстояние от забоя до гидростойки, м; (ф.7)

?_п - наименьшее расстояние от забоя до гидростойки, м. (ф.8)

а - расстояние от передней кромки козырька до шарнирного соединения козырька с ограждением, м; [1, c.27]

d - расстояние от забоя до передней кромки козырька, м; [1, c.27]

В - ширина захвата комбайна, м; [1, c.27]

Подставим все значения в формулы (10) и (11) определим наименьшее расчетное от забоя да передней и задней стенки для определения однорядных крепей.

Площадь сечения для прохода воздуха для всех типов крепи, если она не приведена в технической характеристике, приблизительно определяется произведением значения (а + b) и средней мощности вынимаемого пласта.

Для этого необходимо сопоставить фактическую площадь сечения рабочего пространства данной крепи S_фc полученными расчетами путем S_p при этом должно соблюдаться следующие условие: S_p? S_ф

где а - расстояние от передней кромки козырька до шарнирного соединения козырька с ограждением, м; (1, c.26)

с - расстояние от передней гидростойки до передней кромки козырька, м.

d - расстояние от забоя до передней кромки козырька, м; [1, с. 27]

m - средняя мощность вынимаемого пласта, м (п. 1,2)

S- площадь проходного сечения воздуха, м² [1, c. 27]

Из технической характеристики крепи 4м138/4 - площадь проходного сечения для воздуха S_ф составляет 12,6 м², что соответствует выполненному расчету.

Высота секций в положении сдвинутом Н_minи раздвинутом Н_max приведены в технической характеристике механизированных крепей.

Подставим все значения в формулу (6) и (7), проверим крепь марки 4м138/4 на возможность ее работы в условии опускания кровли над передним и задним рядом гидростоек:

На основании выполненной проверки крепи на возможность ее работы в условиях опускания кровли применяемой для установки в лаве механизированной крепи марки 4м138/4, условие выполняется.

2.1.3 Расчет количества секций в лаве

Число установленных в лаве секций определяется по формуле:

+n, шт;

где L - длина лавы по падению, м; (согласно заданию)

r_У - шаг установки секций, м; [1, c. 27]

n - количество крепей сопряжения, устанавливаемых на конвейерном

и вентиляционном штреках, 2 шт.

Условия применения механизированных комплексов и характеристики механизированных крепей приведены в технической характеристике [1, c. 27]

На основании выполненного расчета количества секций в лаве применяемое число установленных секций в количестве 115 штук.

2.2 Выбор выемочной машины

В каждом механизированном комплексе одного наименования могут применяться несколько типов узкозахватных комбайнов, поэтому задача выбора выемочной машины сводится к анализу соответствия конструкции и параметров этих машин условиям применения на данном угольном пласте.

Ширина захвата комбайна должна соответствовать шагу передвижки крепи.

Диаметр шнекового исполнительного органа очистного комбайна

D выбирается по формуле:

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

Выбранный комбайн должен обеспечивать высокопроизводительную работу всего комплекса КМ138. В качестве выемочной машины принимаем узкозахватный комбайн К500 [1, c. 24;28]

- мощность пласта, вынимаемая комбайном - 1,5-4 метра [1, c. 28]

- диаметр шнека - 1,6 метра [1, c. 28]

- ширина - 0,63 метра [1, c. 28]

2.3 Выбор забойного конвейера

В каждом конкретном случае следует произвести проверку соответствия параметров забойного конвейера условиям эксплуатации и параметрам остального оборудования комплекса.

Необходимая производительность забойного конвейера должна быть не ниже теоретической производительности комбайна.

Длина конвейера должна соответствовать длине механизированного комплекса с учетом выхода на вентиляционный и конвейерный штреки.

По технической характеристике забойного конвейера принимаем забойный конвейер СП301 с максимальной производительностью 16,4 м/мин. [1, c. 29]

2.4 Увязка конструктивных и режимных параметров функциональных машин

Правильный выбор конструктивных и режимных параметров функциональных машин комплекса в полной мере не обеспечивает их эффективной работы. Необходимо обеспечить увязку этих параметров. Только в этом случае работа функциональных машин будет полностью согласована во времени и пространстве.

Целью увязки параметров функциональных машин является согласование теоретической производительности комбайна с учетом его возможной скорости подачи для конкретных горно-геологических условий, а также скорости крепления и производительности конвейера.

Теоретическая производительность главной функциональной машины - выемочной, является основным критерием для увязки параметров функциональных машин.

Исходя из сопротивляемости угля резанию и удельных энергозатрат на выемку угля определяют теоретически возможную производительность очистного комбайна.

где Q_т - теоретически возможная производительность комбайна, т/час; (ф.15)

N_уст - устойчивая мощность электродвигателей комбайна, кВт; (ф. 17)

Н_w - удельные энергозатраты на выемку полезного ископаемого, кВт•ч/т.

Удельные энергозатраты зависят от сопротивляемости угля резанию.

Для шнековых исполнительных органов можно принимать:

H/мм

При заданном значении сопротивляемости угля резанью А_р = 160 кН/м, принимаем удельные электрозатраты на выемку полученного ископаемого Н_w= 0,5 кВт/ ч/т.

Для двигателей серии ЭКВЭ можно принимать значения:

для двигателей серии ЭКВ, ЭКВЖ значения:



где N - суммарная мощность электродвигателей привода исполнительных органов комбайна, кВт. [1, c. 28]

Полученное значения подставим в формулу (15) и определим теоретически возможную производительность комбайна.

Далее приводится проверка механизированной крепи по фактору проветривания:

где S - площадь сечения для прохода воздуха, м2; (таблица 2)

Q_т - теоретическая производительность комбайна, т/мин; (ф.15)

q - относительная метанообильность разрабатываемого пласта, м3/т; (согласно заданию)

K_вп - коэффициент, учитывающий движение воздуха по выработанному пространству, k_ВП =1…1,5;

n - коэффициент дегазации пласта:

при проведении дегазационных мероприятий в забое n = 0,5;

без проведения дегазационных мероприятий в забое n = 1;

V_в - максимально допустимая скорость движения воздуха в лаве,

V_в = 4 м/с;

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

Скорость подачи очистного комбайна должна быть согласована со скоростью крепления забоя:



где V_пт - теоретически возможная скорость подачи комбайна, м/мин;

V_кр - скорость крепления забоя, м/мин.

где Q_т - теоретическая производительность комбайна, т/мин; (ф.15)

В - ширина захвата исполнительного органа комбайна, м; [1,c.28]

m - вынимаемая мощность пласта, м; (согласно задания)

г- плотность угля, т/м3 (согласно задания)

Скорость крепления очистного забоя определяется из выражения:

где V_кр - скорость крепления забоя, м2/мин[1,c.27]

В - ширина захвата комбайна, м; [1,c.28]

V_кр.в - скорость крепления забоя м/мин [1,c.27]

Данные значения подставим в формулу (19) скорость подачи очистного комбайна должна быть согласована со скоростью крепления забоя

Проверка производительности забойного конвейера производиться по формуле:

где Q_к - производительность забойного конвейера по его технической производительности, т/мин; (таблица 2)

Q_т - теоретическая производительность комбайна, т/мин. (ф. 15)

Проверка забойного конвейера СП301 с производительностью 16,4 м/мин.

На основании проверки 16,4 ? 12,6 производительность забойного конвейера, заданное условие выполняется.

2.5 Технические характеристики оборудования

Механизированный комплекс КМ138

Предназначен для комплексной механизации работ в лавах на пластах мощностью 1,4-2,1 м с углом падения до 25° при продвигании забоя по простиранию пласта, до 12° - по падению и восстанию, спокойной гипсометрии пласта, непосредственной кровле средней устойчивости, основной кровле до тяжелой включительно и почве с несущей способностью не менее 2,5МПа.

Таблица 1

Мощность пласта, м	1,8-3,5
Угол падения пласта, град	0-30
Кровля пласта	труднообрушаемая
Длина очистного забоя, м	до 200
Сопротивление крепи, кН
- на 1 м2 поддерживаемой кровли	900
- на 1 м очистного забоя	4000
Скорость передвижки секций крепи, м/мин	5,2
Рабочее сопротивление стойки, кН	1500
Шаг передвижки секций крепи, м	0,8
Шагустановки секций, м	1,5
Коэффициент затяжки кровли	0,92
Проходное сечение для воздуха, м2	2,8 - 5,4
Основные размеры секций, мм
-длина	5030
- ширина	1400
Масса секций, кг	12000-14300

Механизированная крепь 4М138/4

Механизированная крепь 4М138/4 самопередвигающаяся горная крепь длинной очистной выработки (лавы), предназначенная для сохранения её в рабочем и безопасном состоянии, обеспечивающая механизацию процессов крепления и управления кровлей и передвижение забойного оборудования. Современные механизированные крепи гидрофицированы.

Таблица 2

Высота секции в положении сдвинутом, Нmin	1530
Высота секции в положении раздвинутым, Нmax	3540
Угол падения, град	30
Среднее давление на почву, МПа	2,5
Удельное сопротивления на 1 м2 кровли, кН/м2	900
Шаг установки секций, м2	1,5
Шаг передвижки секций, м2	0,8
Усиление передвижки конвейера, кН	125
Скорость крепления, м2/мин	4
Площадь проходческого сечения для воздуха, м2	5,4-12,6
Расстояние от задней гидростойки до передней кромки козырька а, мм	3650
Расстояние от передней гидростойки до передней кромки козырька c, мм	2400
Расстояние от забоя до передней кромки козырька d, мм	250

Узкозахватный очистной комбайн К500

Комбайн очистной узкозахватный К500 предназначен для челноковой механизированной выемки угля в очистных забоях на пластах мощностью 1,6-3,5 м с углами падения до 35° при работе по простиранию, до 10° при работе по падению и восстанию при сопротивлении угля резанию до 360кН/м.



Таблица 3

Вынимаемая мощность, м	1,5 - 4
Угол падения, град	до 35
Мощность электродвигателей исполнительного органа, кВт	630
Тип электродвигателя	ЭКВЭ
Скорость подачи, м/мин	0 - 6
Номинальное тяговое усилие, кН	450
Исполнительный орган	шнековый
Диаметр, м	1,4;1,6;1,8
Ширина захвата, м	0,63;0,8
Скорость резанья, м/с	3,2

Передвижной скребковый конвейер СП301

Конвейер шахтный скребковый передвижной серии СП301 предназначен для работы в составе механизированных комплексов по доставке угля любой крепости, горючего сланца или калийных руд из забоя при отработке пластов мощностью не менее 1,35 м, подвигающихся по простиранию до 35°, и по падению или восстанию пласта до 10° в шахтах любой категории опасности по газу и пыли.

Таблица 4

Угол падения, град	до 35
Производительность, т/мин	7-16,4
Длина в поставке, м	до 200
Калибр скребковой цепи, мм	18 х 64
Число цепей	2
Разрывное усилие цепи, кН	430
Скорость движения цепи, м/с	1,4
Тип электродвигателя	23ДКОФ4-У5
Мощность, кВт	55;110
Число	2;3
Напряжения, В	660/1140
Габариты, мм
- длина	1900
- ширина	1080
-высота	214
Масса конвейера, т	104 - 144

Скребковый перегружатель ПСП-271

Перегружатель скребковый передвижной ПСП-271 наездного типа с загрузочной станцией предназначен для транспортировки и перегрузки угля с забойного конвейера на ленточный конвейера участках с высокопроизводительными комплексами по добыче угля, в шахтах опасных по газу и пыли.

Таблица 5

Производительность, т/мин	12
Скорость движения скребковой цепи, м/мин	1,16
Тип тяговой цепи	30Ч108
Число цепей	2
Длина рештака, мм	1500
Ширина рештака, мм	-
Тип электродвигателя	2ЭДКОФ250М4
Мощность, кВт	160;200
Число	1
Напряжения, В	660/1140
Масса, кг	39000

Крепь сопряжения КСШ5А. Механизированная крепь сопряжений КСШ10 (крепь сопряжений штрековая) является представителем передвижной. Эта крепь предназначена для механизации работ в трапециевидных и арочных выработках, прилегающих к лаве, для работ в зоне выхода приводной головки забойного конвейера в эти выработки.

Таблица 6

Рабочее сопротивления крепи, кН; кН/м	2760
Давление на почву, МПа	1.5
Шаг передвижки, м	0,8
Высота крепи, мм; min; max	2200;3100
Длина крепи, мм	7500
Ширина крепи по верхнякам	1000
Масса, кн	8000



Насосная станция СНТ-40

Предназначена для нагнетания рабочей жидкости в гидросистему очистных агрегатов и механизированных крепей в шахтах любой категории по газу и пыли. Место установки станций - откаточные, вентиляционные штреки и просеки с углом наклона не более 10°. Станция может устанавливаться непосредственно на почву или колесную платформу и находиться в составе энергопоезда

Таблица 7

Номинальная подача, л/мин	160
Номинальное давление, МПа	40
Количество насосов, шт	1
Суммарная мощность электродвигатей, кВт	110+3
Напряжения, В	660
Тип двигателей насоса	2ВР280М4
Емкость бака, л	2000

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 заданию)

г - 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 заданию)

m_пр - мощность прослойков, м; (согласно заданиям)

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

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]

олученное 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]

и - 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 проведения дегазационных мероприятий в забое n = 1

m_max - максимальная мощность пласта, м (согласно задания)

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

y - плотность угля, 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 заданиям)

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.

горный оборудование механизация очистной комбайн конвейер

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 ѓ = 0,7 - 1,0 zу = 0,003 - 0,01 шт / т;

при ѓ = 1,0 - 1,3 zу = 0,01 - 0,1 шт / т;

при ѓ 2,0 zу = 0,1 - 0,25 шт / т;

ѓ - 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 заданию)

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 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.