Выбор и расчет основного технологического оборудования подземных горных работ

Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Носова»

Кафедра механизации и электрификации горных производств Курсовой проект Расчетно-пояснительная записка Выбор и расчет основного технологического оборудования подземных горных работ Магнитогорск 2014

Содержание Исходные данные Введение

1. Основная часть

1.1 Принципы формирования комплексов

1.2 Выбор комплекса машин и их характеристика

1.3 Расчет технической и эксплуатационной производительности машин комплекса

1.3.1 Проходческие работы

1.3.1.1 Определение производительности ковшовых погрузочных машин

1.4 Определение числа машин в комплексе

1.4.1 Выбор количества буровых установок

1.4.2 Выбор количества погрузочных машин

1.5 Расчет мощности двигателей, расхода электропневмоэнергии и ГСМ

1.5.1 Расчет мощности двигателей буровых установок

1.5.2 Расход электроэнергии

1.5.3 Расход сжатого воздуха

2. Выбор средств механизации для вспомогательных работ

3. Правила техники безопасности и эксплуатации при работе на машинах Список литературы Исходные данные

Введение

Добыча полезных ископаемых подземным способом характеризуется значительной трудоемкостью работ. Внедрение комплексной механизации на подземных рудниках и шахтах повышает производительность труда, требует высокого профессионального уровня рабочих.

Работу машин необходимо рассматривать в тесной связи с технологией производства. При выборе технологической схемы и средств механизации учитываются горно-геологические и производственно-технические условия.

Одним из определяющих условий выбора бурового оборудования является крепость пород. При выборе погрузочно-доставочных комплексов учитывают протяженность выработок, связь с очистными забоями, способы выдачи породы на поверхность.

Проходческий комплекс должен иметь высокую надежность в работе, соответствовать размерам выработок, быть безопасным при работе, развивать необходимую производительность и соответствовать параметрам других машин и комплексов.

1. Основная часть Панельно-столбовая система разработки. При панельной разработки месторождения по пласту проводят штреки. Главные штреки делят шахтное поле обычно на 2 части (ярусы) размером по падению 800−1000м каждая. Каждую часть в свою очередь делят через 1000−1400м по простиранию на более мелкие части (панели). Панель — часть шахтного поля ограниченная по падению главным откаточным штреком и одной из границ шахтного поля, или главными штреками, а по простиранию имеющая условные границы соседних панелей, или в качестве одной из границ — границу шахтного поля. В виду значительных размеров по падению панели разделяют штреками на ярусы. Панельный способ подготовки имеет ряд преимуществ по сравнению с этажным, а именно:

— возможна более высокая нагрузка на пласт за счет увеличения числа одновременно разрабатываемых панелей;

— сокращаются длина и срок поддержания штреков (уменьшаются затраты на ремонт);

— умеренные размеры панелей по простиранию позволяют осуществить обратную выемку, что повышает устойчивость штреков и уменьшить стоимость их поддержания;

— возможна полная ковейеризация транспорта в пределах панели, что повышает производительность и надежность.

В настоящее время панельные способы разработки месторождения получили широкое распространение.

1.1 Принципы формирования комплексов Состав комплексов машин предопределяется горнотехническими условиями, системой разработки и горно-технологическими параметрами применяемой системы. Основные из них:

— диаметр и глубина шпуров (скважин), максимальная высота бурения горизонтального шпура, размеры буровых штреков;

— условия погрузки, кусковатость, расстояние транспортирования, условия разгрузки, размеры выработок;

— возможная производительность участка, панели, блока или камеры. Под комплексом понимается совокупность машин, обеспечивающих механизацию всех звеньев технологического процесса, увязанных по их основным параметрам и производительности. В него входят машины для бурения шпуров и скважин, заряжания ВВ, погрузки и транспортирования руды, крепления выработок и очистных забоев, чистки почвы камер, закладки выработанного пространства. В комплекс не следует включать машины для перевозки людей, грузов и технического обслуживания, относящиеся к категории обслуживающих и могущих обеспечить работу нескольких добычных комплексов. Выбранный комплекс машин должен соответствовать горнотехническим параметрам применяемой системы разработки, производительности.

1.2 Выбор комплекса машин и их характеристика Для бурения шпуров выбираю буровую установку УБШ-208.

Таблица 1.2.1 Технические характеристики бурильной установки УБШ-331д

Таблица 1.2.2 Технические характеристики перфоратора ПК-75

Для транспортирования отбитой горной массы выбираю рудничный электровоз К-4 и вагонетки типа ВГ10.

Таблица 1.2.3 Техническая характеристика рудничного электровоза К-4

Таблица 1.2.4 Техническая характеристика вагонетки ВГ10

Для погрузки отбитой горной массы в вагонетки выбираю погрузочную машину периодического действия ППН-3 на рельсовом ходу.

Таблица 1.2.5 Техническая характеристика ППН-3

Для заряжания шпуров ВВ выбираю пневмозарядчик «Курама — 7м»

Таблица 1.2.6 Техническая характеристика пневмозарядчика «Курама — 7м»

1.3 Расчет технической и эксплуатационной производительности машин комплекса

1.3.1 Проходческие работы Производительность комплекса (П_к) зависит от производительности каждой машины:

П_к=f (П_б, Пз, П_пог, П_д, П_кр), (1)

т.е. соответственно производительности бурильных машин, зарядчика, погрузки, доставки и крепления. С другой стороны учитывается либо в метрах, либо (м³) и т. д.

м³/ч. (2)

где Vобъем отбиваемого массива, м³;

=S· h_в=4· 4,2=16,8 — площадь поперечного сечения выработки, м²;

=1,6· 0,76=1,16 — уходка (продвигание) за цикл, м;

— длительность цикла, ч;

Длительность цикла:

ч. (3)

где — время на бурение, ч;

— время на заряжание, ч;

— время на погрузку, ч;

— время на крепление выработки, ч;

— время на настилку путей или подготовку откаточных выработок, ч;

— время на подготовительно-заключительные операции, ч;

Время, затрачиваемое на бурение:

ч. (4)

где =1- время на подготовительно-заключительные операции, ч;

=1,6 — глубина шпура, м;

— число шпуров на забой;

— техническая производительность буровой установки, м/ч.

Число шпуров на забой:

принимаю 38 шпуров. (5)

Масса зарядов ВВ шпуров на весь забой:

кг (6)

где qудельный расход ВВ [1, табл.4], кг/м³;

Sплощадь поперечного сечения выработки, м²;

к_иш— коэффициент использования шпура [1, табл.5];

Vобъем отбиваемой горой массы, м³.

Масса заряда ВВ одного шпура:

кг (7)

где =(0,6…0,7) — коэффициент заполнения шпура;

d_п— диаметр патрона, м;

=(1000…1100) кг/м³— плотность зарядки.

Техническая скорость бурения одной бурильной машины:

м/мин. (8)

где V_м, м/мин — механическая скорость бурения;

К₁=0,12…0,26 — коэффициент, зависящий от (f, N_эф, V_п, D_ш и числа бурильщиков); К₂=0,05…0,08 — коэффициент, зависящий от конструкции манипулятора, скорости манипулирования.

Техническая производительность буровой установки:

м/ч, (9)

где К₀=0,9 — коэффициент одновременности работы бурильных машин;

n_бм=2 — число бурильных машин на установке (табл.1.2.1).

Эксплуатационная производительность буровой установки:

м/смену, (10)

где Т_см— продолжительность смены, ч;

К_в=0,5…0,7 — коэффициент использования буровой установки в течении смены.

Время заряжания шпуров:

ч. (11)

где П_тз=(6.8)К_ВЗ=7· 0,7=0,49, кг/мин и П_ЭЗ — соответственно техническая и эксплуатационная производительность пневмозарядчика, кг/ч;

=(0,15…1), ч — время на подготовительно-заключительные операции при заря-жании;

К_вз=0,8…0,7 — коэффициент использования пневмозарядчика.

Время проветривания забоя принимается:

принимаю 0,4 ч. (12)

Время погрузки:

ч (13)

где ч — время на обмен транспортных сосудов;

t_зв=(3…5) мин — время загона и выгона машин из забоя;

t₁=(1,5…3) мин — время замены груженного вагона на порожний; n₁— число вагонов в составе;

П_тех.п — техническая производительность погрузочной машины.

1.3.1.1 Определение производительности ковшовых погрузочных машин Теоретическая производительность ковшевых машин:

м³/мин. (14)

Техническая производительность:

м³/мин, (15)

где п — число циклов погрузки в минуту (п = 4 … 6 теоретически); Е=0,5 — геометрическая вместимость ковша (табл. 1.2.5), м³;

К_н=(0,7…0,9) — коэффициент наполнения ковша;

К_р = (0,92 … 0,95) — коэффициент дополнительного разрыхления в ковше;

К_в =(0,4 … 0,6) — коэффициент использования машины.

Эксплуатационная производительность ковшовых погрузчиков:

м³/смену (16)

где Т_см — длительность смены, мин;

К_В= 0,4…0,6 — коэффициент использования машины.

1.4 Определение числа машин в комплексе

1.4.1 Выбор количества буровых установок Количество буровых установок выбирается из расчета обеспечения работы погрузочных машин или транспортных округляется до целых чисел.

Для проходческих работ:

принимаю 1 буровую машину (17)

где К'_нб = (1,1… 1,2) — коэффициент неравномерности бурения;

L=160м — заданная протяженность выработки при проходческих работах, м/мес;

Z_CM=3 — количество смен в сутки;

П_эк6 — эксплуатационная (сменная) производительность буровой каретки, м/смену;

г=2,8 — плотность, т/м³;

S_в — сечение выработки, м².

1.4.2 Выбор количества погрузочных машин Количество погрузочных машин, входящих в комплекс оборудования, определяется исходя из заданного объема горной массы или протяженность горной выработки (L, м/мес).

Для проходческих работ:

принимаю 1 погрузочную машину (18)

1.5 Расчет потребной мощности двигателей, расхода электропневмоэнергии

1.5.1 Расчет мощности двигателей буровых установок Мощность, затрачиваемая на подачу буровой головки:

кВт, (19)

где F_n — усилие подачи (табл. 1.2.2), Н.

Скорость подачи буровой головки:

м/с (20)

Мощность затрачиваемая на удар:

кВт, где, А и Z_у — соответственно энергия и частота ударов (табл. 1.2.2);

n_у=0,75 — КПД удара.

Мощность, затрачиваемая на вращение бура:

кВт, (21)

где М_кр — крутящий момент на буре (табл. 1.2.2), Н· м;

— угловая частота вращения бура, с^-1; - частота вращения вала двигателя вращения бура, мин^-1;

= 3000 мин^-1— частота вращения вала двигателя вращения бура;

iпередаточное число редуктора вращателя.

Мощность, затрачиваемая на ходовую часть:

кВт, (22)

где V_x — скорость хода, м/с;

= 0,7 — КПД механизма хода;

К₃ — коэффициент запаса мощности;

F_T — сила тяги двигателя, Н;

V_х· F_T=20 кВт — мощность привода ходовой части (табл.1.2.1).

Суммарная мощность двигателей при бурении:

кВт (23)

где п_бм =2- число бурильных машин на установке (табл. 1.2.1);

N_мс = 4 кВт — мощность маслостанции;

К₀ = (0,96… 0,8) — коэффициент одновременности работы бурильных машин.

1.5.2 Расход электроэнергии Расход электроэнергии бурильной машины:

(24)

где N_Д=135 — мощность двигателей, кВт;

Z_CM=3 — число смен в сутки;

Z_pc=260 — число рабочих суток в год;

Т_см — продолжительность смены, ч;

К_в = (0,4 … 0,6) — коэффициент использования машины в течение смены;

п_пм — количество буровых машин.

Расход электроэнергии электровоза:

(25)

где N_д=24 — мощность электровоза К-4 (табл. 1.2.3).

1.5.3 Расход сжатого воздуха Расход сжатого воздуха буровой машиной:

м³/год (26)

где Q_мин=6 — расход воздуха двумя буровыми головками (табл. 1.2.2), м³/мин;

К_в = (0,4 … 0,6) — коэффициент использования каретки в течение смены;

п_бу — число бурильных установок.

Расход сжатого воздуха пневмозарядчиком «Курама — 7м» :

м³/год, (27)

где Q_MHH — расход воздуха пневмозарядчиком, м³/мин;

К_в = (0,4… 0,6) — коэффициент использования зарядчика в течение смены;

п_бу — число зарядных машин.

2. Выбор средств механизации для вспомогательных работ К машинам вспомогательного назначения относятся следующие виды машины для заряжания шпуров «Курама—7м» или скважины, машины для сборки и крепления кровли выработок и камер, закладочные машины, машины для устройства и содержания проезжей части подземных выработок, бульдозеры, машины для перевозки людей, грузов и материалов, машины для перевозки топлива, заправки, мазки, монтажных работ, технического обслуживания и др.

Основные виды подземного шахтного транспорта — локомотивный, конвейерный, самоходный на пневмошинном механизме перемещения, гравитационный, скреперный, гидравлический и пневматический. Вспомогательный шахтный транспорт (по горизонтальным и наклонным главным и участковым выработкам) — локомотивный или самоходный, монорельсовый (с локомотивной или канатной тягой), моноканатные дороги или напочвенные дороги с канатной тягой. Перевозку людей осуществляют пассажирскими составами, сформированными из специальных вагонеток, самоходными машинами на пневмошинном механизме перемещения, монорельсовыми или моноканатными подвесными дорогами, реже людскими или специально приспособленными конвейерами. В качестве вспомогательного оборудования шахтного транспорта широко применяют затворы, питатели, опрокидыватели вагонеток, лебедки, толкатели, различное путевое оборудование; контейнеры, поддоны, пакетирующие кассеты для формирования материалов и изделий в грузовые единицы, приспособленные для механизированных способов погрузки, разгрузки и складирования, а также перевозки различными видами транспорта без перегрузки по всему пути их перемещения.

3. Правила техники безопасности и эксплуатации при работе на машинах Полный период эксплуатации горных машин и оборудования включает в свой состав: монтаж, наладку, эксплуатацию, техническое обслуживание, ремонт и демонтаж.

Основными условиями высокопроизводительной работы горных машин и оборудования является: их использование по прямому назначению в условиях, предусмотренных техническим паспортом: высокая квалификация персонала, эксплуатирующего оборудование; обеспечение высокого уровня надежности и безотказной работы; организация выполнения комплекса мероприятий, предусмотренных системой технического обслуживания и ремонта.

Энергомеханической службе шахтостроительных и шахтопроходческих управлений принадлежит решающая роль в соблюдении всех перечисленных условий, особенно важной в этой связи является организация комплекса мероприятий, предусмотренных системой технического обслуживания и ремонта.

В шахтном строительстве важно производить техническое обслуживание в период технологических простоев забойного оборудования. Так, например, во время погрузки породы при проходке вертикального ствола следует обязательно произвести техническое обслуживание насосного и бурового оборудования, лебедок и т. д. такой подход дает возможность не предусматривать ремонтных смен и позволяет обеспечивать высокие темпы проходки за счет безаварийности техники и максимального ее использования.

Список литературы

подземный рудник машина двигатель

1. Михайлов Ю. И., Кантович Л. И. Горные машины и комплексы. — М.: Недра, 1975

2. Солод В. И. и др. — Горные машин и автоматизированные комплексы. — М: Недра, 1981.

3. Яцких ВТ и др. Горные машины и комплексы. — М.: Недра, 1974.

4. Байконуров О. А., Филимонов AT. Комплексная механизация очистных работ при подземной разработке рудных месторождений. — Алма-Ата: Наука, 1973.

5. Кальницкий Я. Б., Филимонов А. Т. Самоходное погрузочное и доставочное оборудование на подземных рудниках. — М.: Недра, 1974.

6. Байконуров О. А., Филимонов А. Т., Калошин С. Г. Комплексная механизация подземной разработки руд. — М.; Недра, 1981.

7. Сафохин М. С. и др. Конструкция горных машин и комплексов для подземных горных работ. -М.: Недра, 1972.

8. Скорняков ЮГ. Подземная добыча руд комплексами самоходных машин — М: Недра, 1986.

9. Кальницкий Я Б. Безопасная эксплуатация подземного самоходного оборудования. -М.: Недра, 1982.

10. Ю. Иванов К. И., Латышев В. А и др. Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых. — М: Недра, 1987.

11. П. Васильев В М. Перфораторы. — М: Недра, 1989.

12. Иванов К. И., Ципкис A.M. Бурение шпуров и скважин самоходными шахтными установками — М: Недра, 1983.

13. И. Музкин С. С. Погрузка руды самоходными машинами. — Алма-Ата: Наука, 1984

14. И. Медведсв И. Ф Режимы бурения и выбор буровых машин. — М.: Недра, 1986.

15. Горнопроходческие машины и комплексы (под ред. Грабчак Л.Г.). — М.: Недра, 1990.

16. Гетопанов В. Н. и др. Горные и транспортные машины и комплексы. — М.: Недра, 1991.

17. Скоробогатов СВ. и др. Горнопроходческие и строительные машины. -М: Недра, 1985.

18. Справочник механика рудной шахты (под ред. Донченко А. С). — М.:

Недра, 1978.

19. Шахтная погрузочная машина ПНБ-4 (авт. Грамм ГА. и др.) — М.: Недра, 1974.

20. Нанаева ГГ., Нанаев АИ Горные машины и комплексы для добычи руд.-М.: Недра, 1982.