Введение к работе
Актуальность работы. Промышленная пыль при работе горных машин является одним из загрязнителей атмосферы горнорудных предприятий. Мировая инженерная практика главным направлением технического развития при подземном способе добычи угля определяет комплексную механизацию, основу которой составляет работа комбайнов, т.е. технологический процесс резания. Доля добычи из комплексно-механизированных забоев угля для основных бассейнов СНГ различна, но везде превысила 67%, а в ряде стран: США, Польша, Чехия, и в Угольном департаменте АО «Испат-Кармет» составляет 100%.
При работе современных выемочных комбайнов интенсивность пыле-выделения настолько высока, что даже при комплексном применении самых совершенных способов и средств борьбы с пылью затруднительно обеспечить стабильное снижение запыленности воздуха до уровня допустимых концентраций. Это объясняется тем, что в настоящее время угольная промышленность оснащена выемочными комбайнами с барабанными и шнековыми исполнительными органами, которые разрушают массив с открытой поверхности забоя серповидными срезами с постоянной глубиной резания. Это приводит к высокой интенсивности образования пыли и к переизмельчению угля в периферийных зонах срезов.
Применение различных схем расстановки резцов, увеличение их вылета и использование тангенциальных резцов, а также рост скорости подачи комбайна несколько снижает пылеобразование и улучшает сортность добываемого угля. Однако, при этом сохраняется серповидность срезов, а, следовательно, и зоны переизмельчения угля. Рост скорости подачи комбайна имеет определенные пределы, приводит к значительному расходу электроэнергии, увеличению нагрузки на узлы машины и к повышению аварийности очистного комбайна.
Работ, направленных на изменение продольного сечения срезов при работе комбайнов, с рекомендацией для реализации в промышленных условиях мало и они носят эпизодический характер. Но только обеспечение постоянной глубины резания в пределах оптимальных значений на большей длине среза с возможно минимальными зонами переизмельчения угля приведет к значительному снижению пылеобразования и к увеличению выхода крупных классов в отбитом угле. Поэтому изыскание путей уменьшения пылеобразования и улучшения сортности угля при работе очистных комбайнов совершенствованием процесса резания угля является актуальной и социально значимой задачей.
Целью работы является снижение интенсивности образования пыли и улучшение сортности добываемого угля на базе изучения закономерностей образования пылевых фракций при резании горной породы и выдачи рекомендаций по созданию режущих органов очистных комбайнов, работающих в оптимальном режиме по разрушению массива и минимальности выхода мелких фракций.
Идея работы заключается в том, что для уменьшения пылеобразования и переизмельчения угля при работе очистных комбайнов фрезерование заменяется строганием путем формирования срезов различной величины вылета резцов в одной линии резания.
Научные положения, выносимые на защиту:
закономерности по определению выхода угольной пыли и мелких фракций;
определение условий резания угольного массива с позиции безопасности работы исполнительного органа комбайна по пылевому фактору;
, - требования к конструкции исполнительных органов комбайнов по снижению пылеобразования и по увеличению выхода крупных классов в отбитой массе.
Научная новизна исследований заключается:
в качественной и количественной оценке безопасности процесса разрушения массива угля при концентрической расстановке резцов (традиционная схема) и при расположении их на секторе с вылетом каждого последующего над предыдущим на величину рациональной толщины среза;
в установлении влияния режима и параметров разрушения угля на выход угольной мелочи при фрезеровании и строгании для шнековых исполнительных органов;
в определении влияния секторной расстановки резцов на пылеобразование, ситовый состав отбитого угля и энергетические показатели работы комбайна.
Достоверность научных положений и выводов подтверждается:
необходимым и достаточным объемом экспериментальных данных, полученных как на модели, так и в натурных условиях;
совпадением результатов стендовых испытаний моделей режущих органов и шахтных испытаний серийных и экспериментальных режущих органов очистных комбайнов с теоретическим прогнозом пылеобразования;
положительными результатами промышленных испытаний экспериментальных исполнительных органов очистных комбайнов.
Практическая ценность работы. На основе обобщения экспериментальных и теоретических исследований доказано, что при работе выемочных комбайнов разрушение угля возможно и целесообразна производить не фрезерованием массива, а строганием, когда формирование срезов производится не в результате подачи комбайна, а за счет увеличенного вылета каждого последующего резца над предыдущим на величин) оптимальной толщины среза. Секторная расстановка резцов позволяет более, чем в 2 раза уменьшить пылеобразование и значительно улучшить сортность цобывШинаудьталследований:
математическое моделирование с выбором и уточнением параметроЕ дисперсионного состава разрушенного материала;
стендовые испытания;
натурные эксперименты.
Реализация работы. Разработанные положения явились основой для составления задания на разработку секторного исполнительного органа очистного комбайна, на основании чего разработаны соответствующие рабочие чертежи. На карагандинском заводе РГШО в соответствии с этими чертежами изготовлен комплект экспериментальных исполнительных органов ШРС-01 и ШРС для комбайна 2ГШ-68, которые прошли испытания и эксплуатировались на шахте «Майкудукская» Карагандинского угольного бассейна и получены положительные результаты по снижению выхода пылевых частиц в 2,2 раза и увеличению крупных классов более чем на 25 процентов.
Результаты исследований использовались институтами КазНИИуголь, КазНИИБГП при разработке научных тем по совершенствованию очистных комбайнов и способов борьбы с пылью.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на научных советах институтов КазНИИБГП и КазНИИуголь, на отраслевой научно-технической конференции «Разработка новых и совершенствование существующих средств и способов безопасной выемки угля в усложняющихся условиях» (Караганда, 1994), на семинаре научного симпозиума «Неделя горняка -2000», организованном МГТУ и ИПКОН РАН (Москва, 2000) и регулярных семинарах при кафедре «Рудничная аэрология и охрана труда» КарГТУ.
Лично автором:
обоснован аналитический метод прогноза выделения класса разрушенного материала при резании горного массива:
установлены закономерности, определяющие качественный и количественный состав разрушенного материала при работе добычного комбайна;
доказана преемственность зависимости Розина-Раммлера по определению фракционного состава для условий резания массива;
разработана методика шахтных испытаний исполнительных органов угольного комбайна.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 177 страницах и включает 31 рисунок и 34 таблицы, список литературы из 93 наименований и приложения А, Б, В, Г, Д, Е.
