Организация работ в очистном забое

Выбор механизированного оборудования

Правильный выбор механизированного оборудования является одним из главных факторов, от которого зависит производительность очистного забоя. Оборудование подбирают по горно-геологическим условиям данного месторождения. В настоящее время широкое применение получили механизированные комплексы, в состав которых сразу входит все необходимое оборудование, такое как комбайн, механизированная крепь, лавный конвейер, маслостанция и т. д.

Для выемки угля с данными горно-геологическими условиями принимаем механизированный комплекс КМ — 138/2.

Техническая характеристика комбайна К-500

Пределы регулирования исполнительного органа по мощности пласта, м 1,2−3,5.

Угол падения, град. до 35°.

Исполнительный орган, тип два шнека одного d.

Диаметр шнека, м 1,12.

Ширина захвата, м 0,8.

Механизм подачи Г 404.

Рабочая скорость, м/мин. 0,3 — 5,5.

Тяговое усилие, кН 130.

Мощность привода, кВт 125×2.

Размер, м длина 8530.

ширина (по корпусу) 1005.

высота (от почвы) 835.

Масса, т 16,2.

Забойный конвейер — «Анжера» .

Крепь — М 138/2.

Определение скорости подачи комбайна по установленной мощности привода

Рабочая скорость подачи комбайна по установленной мощности двигателя определяется:

м/мин.

где N_уст — устойчивая мощность электродвигателя комбайна, кВт. Устойчивая мощность двигателей комбайнов с воздушным охлаждением принимается в пределах 70−90% от часовой мощности двигателя. Для комбайнов с водяным охлаждением — 90 — 110% от длительной мощности двигателей принимается по их техническим характеристикам;

U_э — удельные энергозатраты на разрушение угля, кВт-ч/т;

т — вынимаемая мощность пласта, м;

r — ширина захвата исполнительного органа, м;

k_r — коэффициент использования захвата, принимается равным 0,93 для широкозахватных в лавах, отрабатывающих пласты по восстанию, и равным 1,0 во всех остальных случаях;

г — плотность горной массы разрабатываемой части пласта, т/м³.

U_э=0,016+0,27А_р = 1,096.

Определение скорости подачи комбайна по тяговому усилию

Расчет скорости подачи комбайна по допустимому тяговому усилию v_п.тяг производится по формуле:

где F_п — составляющая силы резания в направлении подачи комбайна;

Н — определяется по технической характеристике комбайна;

F_т — тяговое усилие подающей части Н;

G — масса комбайна, т;

б — угол падения пласта, град (при движении забоя по падению или восстанию принимается = 0).

Определение скорости передвижения машиниста по лаве.

При разработке тонких пластов рабочее пространство машиниста стеснено и скорость его передвижения по лаве при управлении комбайном ограничена. Скорость подачи комбайна по скорости передвижения машиниста по лаве при мощности пласта 4 м не ограничивается.

Определение скорости подачи узкозахватного комбайна

Скорость подачи комбайна определяется по установленной мощности привода и по допустимому тяговому усилию комбайна, а при разработке тонких пластов проверяется по скорости передвижения машиниста комбайна. Принимается меньшее из этих значений с учетом хрупкости угля, т. е.

v_п = min{v_п.пр· k_хр; v_п.тяг k_хр; v_м},.

где v_п — принятая для дальнейших расчетов скорость подами комбайна, м/мин;

v_п.пр— скорость подачи комбайна, рассчитанная по установленной мощности привода, м/мин;

v_п.тяг— скорость подачи комбайна, рассчитанная по допустимому тяговому усилию, м/мин;

v_м — скорость передвижения машиниста по лаве при управлении комбайном, м/мин;

k_хр— коэффициент, учитывающий увеличение скорости подачи комбайна при выемке хрупких и весьма хрупких углей.

Значение коэффициента k_хр при выемке вязких углей принимается равным 1,0, хрупких — 1,15 им весьма хрупких — 1,30.

v_п = 3,77 м/мин.

Определение скорости крепления очистных забоев, оборудованных механизированными крепями

Для очистных забоев, оборудованных механизированными крепями, при идеальных горно-геологических условиях (горизонтальное залегание пластов, устойчивые вмещающие породы и последовательная передвижка крепи) скорость крепления (м/мин) определяется по формуле.

Для очистных забоев, оборудованных механизированными крепями, при горизонтальном залегании пластов, при устойчивых вмещающих породах и при последовательной передвижке секций крепи скорость крепления определяется по формуле:

где l_c — шаг установки секций крепи, м;

t_кр— теоретическое время одной передвижки секции крепи на ширину захвата комбайна, сек. Это время включает длительность разгрузки, передвижки и распора секции и приводится в технической характеристике крепи;

k_пз — коэффициент, учитывающий затраты времени на подготовительно-заключительные операции между передвижками секций. При последовательной передвижке значение k_пз рекомендуется принимать равным 2,5.

Для реальных горно-геологических условий скорость крепления очистных забоев механизированной крепью определяется с учетом схемы передвижки, угла падения пласта и устойчивости вмещающих пород:

v_кр= k_схk_упk_уст = 3,02 (3.2).

где v_кр— расчетная скорость крепления очистного забоя для реальных условий, м/мин;

— расчетная скорость крепления для идеальных условий, м/мин. Определяется по формуле (3.1);

k_сх— коэффициент, учитывающий схему передвижки крепи. Для проектных расчетов можно принимать значения равными 1,0; 1,25; 1,75; 2,0 соответственно при одноместной (последовательной), двухместной, трехместной, четырехместной и более передвижке секций крепи;

k_уп— коэффициент, учитывающий влияние угла падения пласта при работе комплекса по простиранию.

kуп = 1−0,013(б-9) = 1,117.

k_уст — коэффициент снижения скорости крепления при неустойчивых породах.

где k_п— коэффициент снижения скорости крепления при недостаточной несущей способности почвы; При применении индивидуальной крепи k_п= 1;

k_кр — коэффициент, учитывающий снижение скорости крепления в зависимости от площади кровли, подлежащей затяжке (n, %) и числа горнорабочих (включая машиниста), занятых на креплении (n_р, чел).

Рассчитывается по формуле:

k_кр=,.

— коэффициент снижения скорости крепления в связи с необходимостью крепления обнажаемой кровли из-за вывалов угля из верхних пачек пласта вследствие интенсивного отжима.

При устойчивых и средней устойчивости породах кровли k_кр принимается равным единице.

Расчет производительности комбайна

Производительность комбайна принимаем меньшей из трёх расчётных значений:

• 1) по скорости подачи комбайна;
• 2) по пропускной способности участковой конвейерной линии;
• 3) по пропускной способности сборных конвейерных линий по маршруту углепотока данного очистного забоя.

Производительность комбайна по скорости подачи определяется по формуле:

q_п =mгrk_rv_п

где m — вынимаемая мощность пласта (с учетом мощности породных прослойков и присечки боковых пород при разработке весьма тонких пластов), м;

г — плотность горной массы, т/м³;

r — ширина захвата комбайна, м;

k_r — коэффициент использования захвата (принимается равным 0,93 для широкозахватных комбайнов, а также узкозахватных в лавах, отрабатывающих пласт по восстанию, и равным 1,0 во всех остальных случаях);

v_п — скорость подачи комбайна, м/мин.

Коэффициент снижения производительности комбайна из-за недостаточного резерва приемной способности участковой конвейерной линии определяется с помощью графика зависимости k_пс от коэффициента резерва приемной способности участковой конвейерной линии k_пс.

Коэффициент резерва приемной способности участковой конвейерной линии определяется из соотношения:

.

где — приемная способность участковой конвейерной линии, т/мин.

Пропускная способность каждого участкового ленточного конвейера определяется по формуле:

.

где Р — часовая производительность конвейера, т/ч. Определяется по технической характеристике конвейера;

v_л — скорость движения конвейерной ленты, м/с;

l_н — расстояние от места поступления угля на конвейер до разгрузочного конца, м.

Определение коэффициента машинного времени.

Сменный коэффициент машинного времени k_м определяется по формуле:

где — коэффициент готовности очистного забоя по группе последовательных перерывов (возникающих только при работе комбайна);

— коэффициент готовности очистного забоя по группе параллельных перерывов (возникающих с одинаковой вероятностью как при работе комбайна, так и при его остановке);

k — коэффициент, значение которого определяется из соотношения:

k = = 0,18.

Расчет коэффициента готовности очистного забоя по группе последовательных перерывов.

Коэффициент готовности очистного забоя по группе последовательных перерывов м_I определяется по формуле:

(5.3).

где Т_техн— суммарные затраты времени на не перекрываемые технологические перерывы, приходящиеся на выемку одной полосы угля, мин;

l_л — длина лавы, м;

м_к — коэффициент готовности комбайна;

м_кр — коэффициент готовности крепи;

м_ку — коэффициент готовности участковой конвейерной линии;

м_п.кр— коэффициент готовности процесса крепления за комбайном;

м_у.б — коэффициент готовности участкового бункера;

м_оп — коэффициент готовности подачи порожняка;

м_пп — коэффициент готовности погрузочного пункта;

м_пр — коэффициент готовности процесса проветривания.

Затраты времени на не перекрываемые технологические перерывы могут быть определены по формуле:

где t_всп— нормативные затраты времени на вспомогательные операции, мин/м;

t_обм — нормативные затраты времени за обмен партии вагонеток у погрузочного пункта, мин/м. При применении конвейерного транспорта или наличии участкового бункера t_всп =0;

Т_взр — нормативные затраты времени на заряжение и взрывание шпуров в нишах и проветривание лавы, мин; принимаются равными 36 мин на одно взрывание;

Т_зач — затраты времени на зачистку лавы, мин. При односторонней работе комбайна в забое.

Т_зач=.

где v_п.доп— технически допустимая скорость подачи комбайна, м/мин (определяется по технической характеристике комбайна);

Т_пор — затраты времени на выемку породного прослойка (при селективной выемке пласта), мин.

Т_пор=,.

где v_п.пор— скорость подачи комбайна при выемке породного прослойка, м/мин;

Т_пр — затраты времени на выполнение работ, прерывающих выемку угля и связанных со сложными горно-геологическими условиями (извлечение твердых включений, заделка куполов и др.), мин. Принимаются по данным хронометражных наблюдений;

t_пос — средняя продолжительность не перекрываемых технологических перерывов из-за отставания переноски стоек посадочной крепи (тумб) при креплении лавы индивидуальной крепью, мин/м. Определяется по данным хронометражных наблюдений;

Т_к.о— средняя продолжительность концевых операций при выемке одной полосы, мин;

Продолжительность концевых операций при работе одного комбайна может быть определена по формуле:

.

где — время фронтальной зарубки исполнительного органа в пласт при выходе на новый захват, мин. Рекомендуется принимать равным 5,5 мин;

l_кр— длина краевой части лавы, на которой производится выход на новый захват, м;

v_н— скорость подачи комбайна при фланговых ходах для выхода на новый захват, м/мин. Рекомендуется принимать v_н = 1,5v_р, но не более 4 м/мин на пластах мощностью до 1 м и не более 6 м/мин на пластах мощностью более 1 м;

— число фланговых рабочих ходов комбайна для выхода на новый захват;

v_х — средняя скорость холостого хода комбайна. Рекомендуется принимать 4 м/мин на пластах мощностью до 1 м и не более 6 м/мин на пластах мощностью более 1 м;

Т_п.к — время передвижки конвейера, не совмещенное со временем выемки угля, мин. Определяется по формуле (4.7);

Т_пи — затраты времени на изменение положения исполнительного органа в процессе выхода на новый захват, мин. Рекомендуется принимать 0,5 мин на одно изменение;

Т_пп— затраты времени на перемонтаж погрузочного устройства, не совмещенные с другими концевыми операциями, мин. Рекомендуется принимать 2 мин на каждое изменение положения при гидравлическом управлении погрузочным устройством и 10 мин — при перемонтаже погрузочного устройства;

Т_рев — время на реверсирование электродвигателя комбайна при выходе на новый захват, мин. Рекомендуется принимать 0,5 мин на каждое реверсирование;

Т_кр — время крепления (перекрепления) концевой части лавы, не совмещенное с выполнение других концевых операций, мин;

Т_всп — время не совмещенных операций для подготовки собственного комбайна для подготовки собственно комбайна для выполнения нового цикла, мин.

Продолжительность передвижки конвейера, не совмещенной с выемкой угля (Т_пк), определяется по формуле:

где l_пк— длина передвигаемого участка лавы, м;

r — шаг передвижки конвейера (ширина захвата исполнительного органа комбайна), м;

F — площадь сечения поршня гидро домкрата, м²;

Z — количество гидроцилиндров секции крепи;

Q_н — суммарная производительность насосов, работающих на передвижку конвейера, м/мин;

з_н — коэффициент полезного действия насосов;

l_с — шаг установки секций крепи вдоль лавы, м.

Продолжительность концевых операций при подготовке комбайна к зачистному ходу (Т_к.з) определяется по формуле:

Т_к.з = Т_пи + Т_пп+ Т_рев.

Для проектных расчетов время концевых операций при подготовке комбайна к зачистному ходу рекомендуется принимать равным 4 мин для всех видов комбайнов.

Определение коэффициента готовности участковой конвейерной линии.

Коэффициент готовности участковой конвейерной линии, начинающейся от лавы и включающей все конвейеры (скребковые и ленточные) на промштреках, печах, просеках, бремсберге (уклоне) до первого сборного конвейера, на который углепоток поступает из нескольких очистных забоев, определяется по формуле:

.

где n — число ленточных конвейеров в участковой транспортной цепи;

m — число скребковых конвейеров в участковой транспортной линии;

м_i — коэффициент готовности i-го ленточного конвейера, принимается равным 0,95;

м_j -коэффициент готовности j-го скребкового конвейера;

Определение коэффициента готовности процесса крепления.

Коэффициент готовности очистного забоя по процессу крепления забоя за комбайном учитывает перерывы в работе комбайна из-за отставания крепи на расстояние, большее, чем максимально допустимое по устойчивости обнажения незакрепленной непосредственной кровли. Для устойчивых кровель или при паевой схеме расстановки рабочих по лаве значение принимается равным единице.

Для неустойчивых и средней устойчивости кровель коэффициент определяется по графику зависимости его от коэффициента резерва скорости крепления и коэффициента резерва обнажения кровли за комбайном .

Коэффициент резерва скорости крепления очистного забоя определяется по формуле:

.

где v_кр— расчетная скорость крепления забоя, м/мин;

v_рп — рабочая скорость подачи комбайна, ммин.

Коэффициент резерва обнажения кровли за комбайном определяется по формуле:

.

где l_к — параметр, характеризующий изменчивость устойчивости кровли по длине лавы, м. Для Подмосковного бассейна принимается равным 10 м, для остальных бассейнов — 30 м;

l = l_у— l_в в противоположном случае;

k_уст — коэффициент снижения скорости крепления при неустойчивых породах;

l_в — минимально допустимое расстояние от места нахождения рабочих до работающего комбайна, м;

l_у — максимально допустимое отстаивание крепи от комбайна по устойчивости обнажения кровли.

Значение l_у определяется по формуле:

l_у = 0,5v_крt_уk_у.в,.

где t_у — минимальное время устойчивости нижних слоев пород кровли, не закрепленной у забоя, мин; принимается согласно классификации кровель по обрушаемости;

Минимально допустимое расстояние от места нахождения рабочих до работающего комбайна l_в принимается равным 15 м при односторонней схеме и 22,5 м при челноковой схеме работы комбайна.

Если в результате расчетов окажется, что для выбросоопасных пластов l_у < l_в+1, то коэффициент готовности м_п.кр определяется по формуле:

.

где v_дв.р— скорость передвижения рабочих в очистном забое, м/мин. Скорость передвижения в забое принимают равной 10 м/мин.

Расчет коэффициента готовности очистного забоя по группе параллельных перерывов

Коэффициент готовности очистного забоя по группе параллельных перерывов м_II рассчитывается по формуле.

.

где 0,88 — коэффициент, учитывающий время на отдых (12% длительности смены);

Т_пз — суммарные нормативные затраты времени на выполнение подготовительно-заключительных операций, мин;

Т_см— длительность добычной смены, мин;

— коэффициент готовности системы электроснабжения, принимают равным 0,965;

, — коэффициент готовности сопряжений очистной выработки соответственно с транспортной, средней и вентиляционной выработками;

— коэффициент готовности очистного забоя по фактору «отказы на сборных транспортных линиях» ;

— коэффициент готовности по фактору «переполнение капитального бункера»; определяется по графикам зависимости от вместимости капитального бункера.

А_см= Т_смmin{qk_м; mгrk_r м_крн_кр},.

где А_см — среднесменная нагрузка на очистной забой, т/смену;

Т_см — длительность рабочей смены, мин.;

q — минутная (средняя) производительность комбайна, т/мин.;

k_м — сменный коэффициент машинного времени комбайна по выемке угля (без учета дополнительных простоев в конце цикла из-за ожидания крепления лавы);

m — вынимаемая мощность пласта (с учетом мощности породных прослойков и присечки боковых пород при разработке весьма тонких пластов), м;

г — плотность угля в пласте вместе с породными прослойками, т/м³;

r — ширина захвата исполнительного органа комбайна, м;

k_r — коэффициент использования захвата, принимается равным 0,93 для широко захватных комбайнов, а также узко захватных в лавах, отрабатывающих пласты по восстанию, и равным 1 во всех остальных случаях;

м_кр — коэффициент готовности крепи;

н_кр — скорость крепления лавы.

А_см=360min{5,6770,258=1,46;3,41,30,630,930,853,023=2,83}= =527,3 т.

A_сут = A_см n_см k_гн,.

где A_сут — среднесуточная нагрузка на очистной забой, т/сут;

n_см — число рабочих смен по добыче в сутки;

k_гн — коэффициент уменьшения нагрузки при работе очистного забоя в.

особо сложных горно-геологических условиях.

A_сут = т.

Проверка нагрузки на очистной забой по газовому фактору

Суточная нагрузка на очистной забой с учётом газового фактора Асут определяется по формуле:

где j — расчетная производительность выемочной машины по газовому.

фактору, т/мин;

— суточный коэффициент машинного времени.

.

где — - число добычных смен в сутки;

— продолжительность добычи смены, мин;

— продолжительность суток, мин.

Производительность выемочной машины с учетом газового фактора j определяется по формуле:

.

где v_max— максимально допустимая ПБ скорость движения воздуха в очистной выработке, v_max = 4 м/с;

S_очр— расчетная площадь поперечного сечения призабойного пространства очистной выработки, м ²;

С — допустимая концентрация метана в исходящей вентиляционной струе лавы, %;

— коэффициент резерва воздуха для проветривания очистного забоя. Определяется по формуле:

.

— скорость подвигания очистного забоя, м/сут;

— коэффициент, учитывающий естественную дегазацию пласта в зоне выемки;

q_пл — относительное метановыделение из разрабатываемого пласта в призабойное пространство очистной выработки, м³/т;

— коэффициент, учитывающий эффективность дегазации разрабатываемого пласта;

— коэффициент, учитывающий метановыделение из выработанного пространства в призабойное;

q_в.п— относительное метановыделение из выработанного пространства, м³/т;

— коэффициент, учитывающий эффективность дегазаций сближенных пластов и выработанного пространства.

Из расчета получается, что, следовательно, газовый фактор является ограничивающим фактором в суточной нагрузке на очистной забой.

Таким образом, суточная нагрузка на очистной забой будет составлять 1300 т.