Введение к работе
Актуальность работы
В комплексе проблем по совершенствованию подземного способа добычи угля наиболее острой является задача создания эффективной техники и технологии выемки тонких угольных пластов, промышленные запасы которых по отрасли составляют около 50 %.
Так, например, промышленные запасы пластов, разрабатываемых ОАО "Воркутауголь", по подсчетам запасов на 01.01.90 года, составляют около 606000 тыс.тонн угля, в том числе запасы в тонких пластах составляют около 220000 тыс.тонн, т.е. приблизительно 37 %.
Учитывая высокие потребности народного хозяйства в воркутинских коксующихся углях, ОАО "Воркутауголь" постоянно наращивало производственные мощности. Основным источником приращения производственных мощностей была групповая реконструкция шахт (с уменьшением числа производственных единиц), строительство новых горизонтов (с приростом мощностей), техническое перевооружение и другие оргтехмероприятия.
Стремление к обеспечению конкурентоспособности воркутских углей часто вынуждает отказываться от отработки тонких пластов. Это приводит к безвозвратным потерям значительных запасов высококачественных углей и нерациональному использованию недр.
Потенциал наращивания производственных мощностей шахт становится ограниченным, и проблема сохранения производственных мощностей при переходе и отработке тонких пластов на уровне добычи угля из пластов средней мощности неизбежно ставит вопрос о применении эффективной техники и технологии для отработки пластов мощностью менее 1 метра.
В настоящее время для отработки тонких пластов в угольной отрасли РФ применяются, в основном, два вида механизации - это очистные комбайны и струговые установки.
В отечественной практике на пластах мощностью до 1 метра нагрузка на лаву устойчиво колеблется в пределах 400-600 т/сут.
Во многом сдерживающим элементом в повышении нагрузки на комплексно механизированный забой является выемочная машина.
В условиях отработки тонких пластов к основным недостаткам очистных комбайнов можно отнести: ограничение скорости подачи, обусловленное скоростью передвижения по лаве машиниста; наличие электрического привода на комбайне, что вызывает необходимость иметь кабель в лаве; низкая погрузочная способность исполнительного органа.
В струговых установках эти недостатки отсутствуют, однако их отличает низкая надежность и ресурс, низкий коэффициент машинного времени, который не превышает в среднем 0,2; существенные ограничения по сопротивляемости угля резанию; сложность стабилизации толщины стружки и другие.
Дальнейшее повышение интенсивности отработки тонких пластов целесообразно вести на основе разработки новых технических решений.
Проведенные исследования, связанные с вопросами
разрушения углей и динамики горных машин, базируются на
работах отечественных ученых, которые внесли заметный вклад
в теорию и пргіктику создания угледобывающей техники:
Я.И.Альшиц, Л.И.Барон, Б.М.Берон, В.Н.Верескунов,
В.В.Габов, А.Б.Глатман, В.Г.Гуляев, Б.Л.Давыдов,
А.В.Докукин, В.А.Дейниченко, А.Н.Ефимов, С.Л.Загорский, Э.А.Заг'ривный, Б.П.Зиновьев, Л.И.Кантович, Е.Д.Карпухин, Ю.Д.Красников, М.Д.ЕГ.оломийцев, В.Г.Коренев, А.И.Кухтенко, Б.С.Мхаховиков, В.З.Меламед, Р.Ф.Нагаев, Е.З.Позин, Л.В. Семенча, Б.А.Скородумов, В.И.Солод, Л.С.Туяков, З.Ух.Хургин, И.Г.Штокман, Р.С.Штромвассер, Л.А.Шрейнер, Д,.А.Юнгмейстер и другие.
Большое внимание, уделяемое проблеме отработки угольных пластов мощностью 0,9*1,5 метра, в которой наиболее остро стоят задачи создания эффективной техники и технологии выемки этих пластов, обеспечивающих их
5 конкурентоспособность и снижение безвозвратных потерь, свидетельствует об актуальности вопросов разработки новых технических средств для очистных работ на указанных пластах, которым и посвящена настоящая работа.
Цель работы
Разработка и исследование выемочной (активноструговой) установки (ВУ) с цепным приводом исполнительного органа (ИО), обладающей положительными качествами комбайновой и струговой технологий при отработке угольных пластов мощностью 0,9-И ,5 метра.
Основная идея работы состоит в создании на базе струговой установки выемочного устройства с дисковым исполнительным органом, энергия для вращения которого передается тяговой замкнутой цепью от нерегулируемого асинхронного привода, установленного на штреке.
Основные задачи работы:
- разработка механико-математической модели выемочной
установки с цепным приводом ИО;
- разработка и исследование динамической модели на
ЭВМ;
- разработка, исследование расчетной модели и построение
диаграммы устойчивости свободно провисающей ветви цепи
привода ИО;
- разработка и шахтные испытания экспериментального
образца ВУ.
Методы исследований
Анализ и обобщение опубликованных результатов работ
по разрушению углей и взаимодействию исполнительных
органов с забоем, технологии отработки тонких пластов,
динамике очистных комбайнов и моделированию процессов
работы горных машин. Построение расчетных моделей ВУ и
свободно провисающей ветви цепи привода ИО ВУ.
Исследование полученных моделей методами классической
механики. Моделирование процессов на ЭВМ.
Экспериментальные исследования ВУ в шахтных условиях.
Достоверность научных положений, выводов и предложений подтверждается адекватностью поведения расчетных динамических моделей ВУ и свободно провисающей
ветви цепи привода ИО объектам исследования и достаточным объемом экспериментальных исследований выемочной установки с цепным приводом ИО в эксплуатационных условиях шахты "Аяч-Яга" ПО "Воркутауголь".
Научная новизна результатов работы заключается:
- в разработке динамической модели выемочного
устройства с цепным нерегулируемым асинхронным приводом
исполнительного органа и с цепным регулируемым по схеме
асинхронно-вентильного каскада приводом подачи выемочной
машины;
- в разработке и исследовании динамической модели
свободно провисающей ветви цепи привода ИО с упруго-вязкой
подвеской одного конца цепи.
Практическая значимость работы
На основе проведенных теоретических и
экспериментальных исследований предложены:
новое техническое решение, защищенное патентом РФ, по созданию выемочной установки с цепным приводом исполнительного органа для отработки угольных пластов мощностью 0,9-г1,5 метра;
методика выбора устойчивых режимов работы ВУ с цепным приводом ИО и свободно провисающей ветви цепи привода ИО.
Реализация результатов работы
1. Разработана техническая документация, изготовлена
и испытана в эксплуатационных условиях (шахта "Аяч-Яга"
ПО "Воркутауголь") выемочная машина с цепным приводом
двух дисковых исполнительных органов.
2. Разработанна техническая документация и проведена
модернизация в шахтных условиях струговой установки СО-75 с
целью привязки к ней выемочной машины с цепным приводом
исполнительных органов.
Личный вклад автора диссертационной работы:
разработка конструктивной схемы выемочного устройства с цепным приводом исполнительных органов;
- разработка технического задания на проектирование ВУ;
- разработка расчетных динамических моделей ВУ и
свободно провисающей ветви цепи привода ИО;
разработка методики проведения экспериментальных исследований;
руководство и участие на всех этапах выполнения работы.
Автор выражает искреннюю признательность сотрудникам
и в первую очередь заведующим кафедр электрических машин и
автоматизированного привода, конструирования горных
машин, теоретической механики Санкт-Петербургского
государственного горного института (технического
университета) за помощь, полезные советы и замечания при
обсуждении работы на всех этапах ее выполнения, сотрудникам
филиала Санкт-Петербургского государственного горного
института (технического университета) в г. Воркуте, ИТР шахты
"Аяч-Лга" ОАО "Воркутауголь", института
"ПечорНИИпроект" и СКВ Горловского машиностроительного завода им.С.М.Кирова за оказание помощи при подготовке, проведении и обработке результатов экспериментальных исследований и оформлении диссертации.
Апробация работы
Основные положения докладывались и обсуждались на
заседаниях ученого Совета института "ПечорНИИпроект"
(Воркута, 1988-1993 гг.), на заседаниях технико-экономического
Совета ПО "Воркутауголь" (Воркута, 1989-1993 гг.), на
технических совещаниях СКВ Горловского
машиностроительного завода им.С.М.Кирова (Горловка, 1989-1990 гг.), на Международном симпозиуме "Топливно-энергетические ресурсы России и других стран СНГ" (СПб., 1994 г.), на IV Международном форуме "Минерально-сырьевые ресурсы стран Содружества Независимых Государств" (СПб., 1996 г.).
Публикации
Основные положения диссертации отражены в 5 печатных работах, из которых одна является патентом РФ.
Объем и структура работы
