Введение к работе
Актуальность проблемы. Основным фактором повышения скорости проведения выработок является рациональная и четкая организация эксплуатации транспортных машин, используемых для своевременного перемещения горной массы и доставки в забой необходимого количества вспомогательных материалов. В определенных горно-геологических и горно-технических условиях возможно различное сочетание форм и методов организации транспортирования горной массы и вспомогательных грузов, обеспечивающих скоростное проведение горных выработок.
Анализ процесса транспортирования крепких крупнокусковых материалов с помощью существующих транспортных средств (ленточных, скребковых и пластинчатых конвейеров) выявил их недостаточную эффективность из-за конструктивных и технологических недостатков. В рамках решения проблемы призабойного транспорта разработаны, созданы и испытаны конструкции клиновых перегружателей и перегружателей с изменяемой высотой транспортирующих элементов, обеспечивающих непрерывную механизированную погрузку горной массы, образовавшейся за проходческий цикл.
Процесс погрузки и транспортирования горной массы в ряде случаев, в частности, в условиях рудников и тоннелей имеет существенное отличие – цикличность. Это связано с затратами времени на обмен транспортных средств периодического действия - автомобилей. При использовании небольшого парка автомобилей и значительной длине транспортирования горно-проходческая машина вынуждена простаивать в ожидании следующего автомобиля. Увеличение парка автомобилей приводит к увеличению себестоимости работ и не исключает непроизводственных потерь времени на маневровые операции при их обмене. Указанные особенности не позволяют эффективно использовать перегружатели в транспортной цепочке. Обеспечить непрерывность процесса погрузки и повысить эффективность производства работ возможно применением бункера-перегружателя, который во время ожидания автомобиля служит накопителем горной массы, поступающей от проходческого комбайна (погрузочной машины), а в процессе загрузки автомобиля является одновременно и накопителем, и перегружателем.
К настоящему времени известны бункер-перегружатели, предназначенные для обеспечения непрерывной работы комбайновых комплексов в составе доставочного оборудования периодического действия. Примером может служить бункер перегружатель БП-15 грузоподъемностью 15т, разработанный ОАО «Копейский машиностроительный завод». К недостаткам, можно отнести его ограниченную область применения по крепости транспортируемых материалов, относительно высокую металлоемкость и стоимость, что снижает эффективность использования.
Основой для бункер-перегружателя, в составе горнопроходческого оборудования при строительстве автомобильных тоннелей, могут служить конструкции перегружателей с возвратно-поступательным движением тягово-транспортирующего органа и изменяемой геометрией транспортирующих элементов. Однако, разработка конструкции и выбор его параметров возможны только на основе исследований рабочих процессов и закономерностей формирования производительности всех машин транспортной цепочки «проходческая машина – бункер-перегружатель – автомобиль».
Таким образом, разработка методики выбора параметров бункер-перегружателя в составе комплектов горно-проходческого оборудования, для использования его в сочетании с транспортными средствами периодического действия, является актуальной задачей.
Соответствие диссертации плану работ ЮРГТУ (НПИ) и целевым комплексным программам. Диссертационная работа входит в состав научного направления: «Интенсивные ресурсосберегающие методы и средства разработки угольных пластов, использование углей и охрана труда» утвержденному ученым советом ЮРГТУ (НПИ) 25.01.01г. и выполнена в рамках темы П-53-767 – «Исследование рабочих процессов и совершенствование конструкций горнопроходческих машин», проводимой кафедрой «Сервис транспортных и технологических машин» Шахтинского института (филиала) ЮРГТУ (НПИ).
Цель работы. Повышение эффективности горно-проходческого оборудования путем применения бункер-перегружателя с возвратно-поступательным движением тягово-транспортирующего органа и изменяемой геометрией транспортирующих элементов, на основе синтеза его компоновочной схемы и выбора параметров по результатам исследований рабочих процессов всех элементов транспортной цепочки «проходческая машина – бункер-перегружатель – автомобиль».
Идея работы. Применение бункер-перегружателя в сочетании с автомобильным транспортом для согласования работы горно-проходческого оборудования и обеспечения непрерывности грузопотока.
Научные положения, разработанные лично соискателем:
- производительность шахтных погрузочных машин непрерывного действия и проходческих комбайнов избирательного действия подчиняется закономерностям формирования производительности их исполнительных органов; при этом, коэффициент неравномерности грузопотока на выходе машин kн зависит от крепости погружаемого материала f и описывается формулой kн 1+ 0,02f ;
- выбор горно-проходческого оборудования в составе комплектов, предусматривающих комбайновый или буровзрывной способ проведения выработки, наличие бункер-перегружателей и перемещение горной массы транспортом периодического действия, целесообразно осуществлять с учетом непрерывности грузопотока всей транспортной системы при обеспечении технической производительности не ниже заданной;
- критерием оптимальности параметров бункер-перегружателя с возвратно-поступательным движением тягово-транспортирующего органа и изменяемой геометрией транспортирующих элементов, определяющих как производительность перегружателя, так и его технологические возможности в составе комплектов горно-проходческого оборудования, служит минимальная удельная энергоемкость процесса транспортирования в установившемся режиме при заданной системе ограничений.
Новизна научных положений состоит в том, что:
- установленные закономерности формирования грузопотоков горно-проходческих машин отличаются тем, что учитывают их неравномерность в зависимости от крепости погружаемого материала и позволяют обоснованно выбирать параметры всех машин, входящих в комплект оборудования;
- вывод о целесообразности выбора горно-проходческого оборудования с учетом непрерывности грузопотока транспортной системы, получен в результате производственных исследований по изучению влияния горно-геологических, горно-технических и эксплуатационных факторов на формирование грузопотоков шахтных погрузочных машин непрерывного действия и проходческих комбайнов избирательного действия, при их совместной работе с транспортными средствами периодического действия;
- принятые критерий оптимальности и система ограничений параметров бункер-перегружателя отличаются тем, что учитывают конструктивные и технологические параметры всех машин транспортной цепочки «проходческая машина – бункер-перегружатель – автомобиль»: производительность на выходе проходческой машины, вместимость и производительность бункер-перегружателя при разгрузке, длину транспортирования горной массы, емкость кузова и количество автомобилей, вписываемость оборудования в выработку, а также конструктивно-компоновочные, силовые и кинематические ограничения.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением современных апробированных методов исследований: анализом научно-исследовательских работ по теме диссертации; применением статистических методов планирования и обработки экспериментов; использованием современных ЭВМ и программных продуктов для выполнения расчетов и обработки экспериментальных данных; оценками адекватности результатов теоретических и экспериментальных исследований (расхождение расчетных и опытных данных в большинстве точек исследованной области не превышает 20%, что удовлетворяет данному типу исследований); достаточным объемом экспериментальных данных (при доверительной вероятности 0,9, коэффициент вариации не превышает 0,18).
В работе защищаются:
- экспериментально установленные закономерности формирования производительности погрузочных машин непрерывного действия, проходческих комбайнов избирательного действия и бункер-перегружателей с возвратно-поступательным движением тягово-транспортирующего органа и изменяемой геометрией транспортирующих элементов;
- основные положения методики и алгоритм выбора параметров бункера-перегружателя в зависимости от технологических условий его применения в составе комплектов горнопроходческого оборудования.
Значение работы. Научное значение работы состоит в установлении закономерностей формирования производительности и грузопотоков, как при работе отдельных горнопроходческих машин, так и в составе комплектов горнопроходческого оборудования, состоящих из проходческой машины, бункер-перегружателя и автомобильного транспорта.
Практическое значение работы заключается в том, что разработанная методика выбора параметров бункера-перегружателя в составе комплекта горно-проходческого оборудования, позволяет обоснованно производить их параметрическую оптимизацию на стадии проектирования по критерию минимальной удельной энергоемкости в заданной системе ограничений.
Реализация работы. Основные результаты диссертационной работы внедрены в ОАО «Тоннельдорстрой» и используются при разработке перспективных технологических схем для строительства тоннелей комбайновым и буровзрывным способами с применением бункер-перегружателя и автомобильного транспорта.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на симпозиумах «Неделя Горняка-2009, 2010», г. Москва; на VIII международной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения», г. Воркута (2010 г.); на научно-практических конференциях Шахтинского института ЮРГТУ (НПИ).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 2 статьи в рецензируемом научном журнале, рекомендуемом ВАК России.
Объём и структура диссертации. Работа изложена на 178 страницах с рисунками и таблицами. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений, включая литературный обзор. Список цитированной литературы содержит 60 наименований.
Автор выражает признательность кандидатам технических наук Р.В. Каргину и В.Г. Хазановичу за оказанную поддержку и методические советы на различных этапах исследований.
