ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №2

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания по выполнению практических занятий предназначены для студентов специальности ГМО, изучающих дисциплину «Эксплуатация горных машин и оборудования подземных разработок».

В соответствии с программой дисциплины проведение практических занятий предусматривает приобретение навыков у студентов по выполнению:

- расчётов и анализа основных показателей и эксплуатационной производительности горных машин и комплексов;

- построение графиков организации работ технологических участков;

- расчёт и построение графиков планово-предупредительных ремонтов оборудования по остаточному ресурсу.

К горным машинам, изучаемым на занятиях, относятся:

- очистные комбайны;

- механизированные крепи;

- проходческие комбайны;

- проходческие щиты;

- бурильные установки подземных разработок;

 

На практических занятиях выполняются расчёты основных показателей и производительности, строятся необходимые графики на основании изложенных методических указаний по выполнению заданий, где приведены основополагающие формулы и зависимости.

В методических указаниях даны решения примеров для уяснения сути выполнения задания и приведены таблицы вариантов исходных данных, число наборов которых позволяет выполнять каждому студенту на практических занятиях индивидуальное задание.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №1

РАСЧЁТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И ПОСТРОЕНИЕ
ГРАФИКА ОРГАНИЗАЦИИ И ПЛАНОГРАММЫ РАБОТ
ДЛЯ КОМБАЙНОВОЙ ВЫЕМКИ УГЛЯ

Основные положения

График организации и планограммы работ показывают структуру и очерёдность выполнения основных и вспомогательных работ по выемке угля в течение одной смены.

Вначале необходимо произвести расчёт эксплуатационной производительности очистного комбайнового комплекса [1, 2] по формуле

Q_э = Q · k_э = 60 · m · B_з · V_п · γ · k_э, т/ч, (1.1)

где Q – теоретическая производительность, т/ч; т – вынимаемая мощность пласта, м; B_з – ширина захвата очистного комбайна, м; V_п – скорость подачи комбайна, м/мин; γ –плотность угля, т/м³; k_э – коэффициент непрерывности работы комбайна в процессе эксплуатации

, (1.2)

где t_р –машинное время работы комбайна по добыче, t_р = L / V_п, мин; L– длина лавы, м; t_во – затраты време­ни на выполнение вспомогательных операций (концевых, манев­ровых, по зачистке забоя), мин; t_уо – затраты времени на устране­ние отказов, мин; t_эо – время простоев по эксплуатационным, организационным и техническим причинам (отсутствие порожняка, остановка обо­рудования транспортного комплекса, отсутствие электроэнергии, организационные неполадки), мин.

Отношение t_р/ (t_р + t_во) = k_c – коэффициент совершенства схемы работы оборудования ком­плекса. Отношение t_р/ (t_р + t_уо) = k_г– коэффи­циент готовности, отражающий уровень надёжности обору­дования комплекса. Отношение
t_р/ (t_р + t_эо) = k_э.о– коэффициент непрерывности работы комплекса, учитываю­щий простои по организационным и эксплуатационным причинам.

Выразив значения t_во, t_уо, t_эочерез значения k_c, k_г, k_эо и подставив их в формулу (1.2), получим следующее выражение:

. (1.3)

Подставив уравнение (1.3) в уравнение (1.1), окончательно получим

Q_э = 60 · m · B_з · V_п · γ · . (1.4)

Найденное значение Q_э должно удовлетворять условию:

Q_э · (t_см – t_то1 – t_рп) ≥ Q_пл, т/см, (1.5)

гдеQ_э – эксплуатационная производительность комп­лекса, т/ч; t_см – продолжительность рабочей смены, t_см = 6 ч; t_то1– нормированная продолжительность ежесмен­ного технического обслуживания, t_то1 = 0,5 ч; Q_пл – плановая сменная добыча, т/см; t_рп – время регламентированного перерыва, t_рп =0,33 ч.

На основании выражения (1.5) выбираем значение Q_пл, равное полученному значению при вычислении левой части неравенства (1.5), округлённое до наименьшей величины, кратной 10.

На основании полученного значения плановой производительности (смен­ной добычи) количество циклов, необходимых для вы­полнения плана, будет равно

, (1.6)

где L– длина лавы, м.

Среднее время цикла:

, мин. (1.7)

Имея величины со­ставляющих t_во, t_уо, t_эо времени цикла, определяем машинное время работы t_р

t_р = t_ц – (t_во + t_уо + t_эо), мин. (1.8)

Необходимая средняя скорость подачи комбайна:

V_п.ср = L / t_р, м/мин. (1.9)

Определив значения времени цикла и машинного времени работы, строим график организации и планограмму работ для одной рабочей смены.

График организации и планограмма работ в очистном забое, оснащенном комплексом КМ138, пред­ставлены на рис.1.1. В состав сменного звена (10-11 человек) входят машинист комбайна, семь горнорабочих и два-три электрослесаря [2].

1. Зарубка комбайна типа РКУ13 (рис.1,б схема I). Зарубка производится косыми заездами от конвейерного штрека. За­рубку выполняет машинист комбайна. На зарубку комбайна затрачивается 3 мин. Передвижку привода кон­вейера и рештачного става конвейера длиной 6 м произ­водит горнорабочий 8, обслуживающий крепь сопряжения.

2. Выемка угля комбайном на основном участке лавы (рис.1,б схема II).

Управление комбайном осуществляет машинист 1, регулирующий режим работы комбайна. Горнорабочий 2 следит: за своевременностью выдвижки секций крепи, за ра­ботой крепеукладчика и системы орошения, а также за состоянием кровли.

3. Передвижка секций крепи типа М138 (рис. 1,б схема III). Передвижку крепи производят машинисты крепи (горнорабочие 3, 4) вслед за проходом комбайна в соот­ветствии с паспортом крепления.

Передвижка одной секции крепи занимает 35 с. Машинистами осуществляется одновременная передвижка двух секций. Шаг установки составляет 1,1 м. максимально допустимая скорость подачи комбайна по скорости крепления

м/мин.

В процессе передвижки секций крепи горнорабочий 5 производит зачистку оснований секций крепи.

4. Подготовка комбайна к перегону с зачисткой почвы (рис. 1,б схема IV).

Закончив выемку полосы, машинист комбайна выключает комбайн, проверяет его техническое состояние. Затем он включает комбайн и подготавливает его к следующей операции.

5. Перегон комбайна (рис. 1,б схема IV). При перегоне комбайна с зачисткой машинист 1 и горнорабочий 2 следят за полнотой зачистки. Оставшийся после зачистки уголь собирается вручную горнорабочим 5.

6. Передвижка конвейера типа СПЦ-271.38 (рис. 1,б схема V). Горнорабочий 5 проверяет состояние почвы перед передвижкой конвейера, разрушает вручную неотработанные пачки угля. Передвижка конвейера ведется волной вслед за комбайном. Операции по передвижке конвейера осуществляют горнорабо­чие 3 и 4 (машинисты крепи) по отдельным участкам конвейера.

7. Работа на концевых участках лавы. В вентиля­ционном штреке горнорабочий 8 выполняет передвижку крепи сопряжения типа КСШ5А, 5-7 секций в лаве и головку конвейера. В кон­вейерном штреке горнорабочие 6 и 7 выполняют передвижку крепи сопряжения типа КСШ5А, приводную головку конвейера, перегружатель, обслуживают энергопоезд. Горнорабочий 7 во время зарубки комбайна и во время выемки угля также осуществляет расштыбовку конвейера под приводной станцией.

 

Задание. Определить эксплуатационную производительность Q_э, построить график организации и планограмму работ для очистного комбайнового комплекса. Исходные данные представлены в табл.1.1.

Пример.

Исходные данные:

Очистной комбайновый комплекс КМ138 для выемки пластов мощностью
m = 1,25 – 2,35. В состав комплекса входит комбайн РКУ13.

m = 1,8 м; L = 180 м; B_з = 0,63 м; γ = 1,35 т/м³; V_п = 5 м/мин; t_во = 30 мин (за один рабочий цикл); k_г = 0,82; k_э.о = 0,90 (в задании рассматривается только односторонняя с самозарубкой схема работы комбайна).

Для расчёта эксплуатационной производительности Q_э по формуле (1.4) необходимо определить вначале машинное время работы комбайна по добыче:

t_р = L / V_п = 180 / 5 = 36мин= 0,6ч.

Затем определяется коэффициент совершенства схемы работы оборудования ком­плекса

k_c = t_р / (t_р + t_во) = 36 / (36 +30) = 0,545.

Таким образом, получается

Q_э = 60 · 1,8 · 0,63 · 5 · 1,35 · = 212 т/ч.

Значение плановой производительности в нашем случае выбираем на основании неравенства (1.5), в котором левая часть будет равна

Q_э · (t_см – t_то1 – t_рп) = 212 · (6 – 0,5 – 0,33) = 1096т/см.

Плановая производительность на основании неравенства (1.5) будет равна
Q_пл = 1090 т/см.

Количество циклов, необходимых для вы­полнения плана, на основании формулы (1.6) будет

.

Среднее время цикла:

ч.

На основании расчётных данных строим график организации и планограмму работ для очистного комбайнового комплекса КМ138 (рис.1.1).

Варианты заданий по расчёту значений, необходимых для построения графиков организации и планограммы работ (в задании рассматривается только односторонняя с самозарубкой схема работы комбайна) [5].

Таблица 1.1

№	Очистной комплекс	Очистной комбайн	m, м	L, м	Bз, м	γ, т/м3	Vп, м/мин	tво, мин	kг	kэ.о
	МКД90	РКУ13	1,40		0,63	1,40	2,0		0,75	0,80
	МКД90	РКУ13	1,60		0,63	1,40	2,5		0,80	0,85
	МКД90	РКУ13	1,80		0,63	1,40	3,0		0,85	0,90
	1КМТ	РКУ13	1,35		0,63	1,35	3,5		0,75	0,80
	1КМТ	РКУ13	1,45		0,63	1,35	4,0		0,80	0,85
	1КМТ	РКУ13	1,50		0,63	1,35	4,5		0,85	0,90
	2КМТ	РКУ13	1,70		0,63	1,35	3,5		0,78	0,82
	2КМТ	РКУ13	1,90		0,63	1,35	4,0		0,82	0,88
	2КМТ	РКУ13	2,00		0,63	1,35	4,5		0,84	0,92
	КМ138	РКУ13	1,90		0,63	1,40	4,2		0,75	0,82
	КМ138	РКУ13	2,00		0,63	1,40	4,6		0,80	0,88
	КМ138	РКУ13	2,10		0,63	1,40	5,0		0,85	0,92
	МК75Б	РКУ10	1,60		0,63	1,35	3,5		0,75	0,82
	МК75Б	РКУ10	1,75		0,63	1,35	4,0		0,80	0,88
	МК75Б	РКУ10	1,90		0,63	1,35	4,5		0,85	0,92
	1ОКП70Е	2ГШ68Е	2,20		0,50	1,40	4,8		0,80	0,85
	1ОКП70Е	2ГШ68Е	2,40		0,50	1,40	5,5		0,85	0,90
	2ОКП70Б	2КШ3	2,80		0,50	1,35	6,5		0,82	0,88
	2ОКП70Б	2КШ3	3,20		0,50	1,35	7,0		0,84	0,92
	3ОКП70Б	2КШ3	3,60		0,50	1,35	6,8		0,82	0,85
	3ОКП70Б	2КШ3	4,00		0,50	1,35	7,4		0,84	0,90
	4ОКП70Б	2ГШ68Е	1,60		0,50	1,35	4,4		0,82	0,85
	4ОКП70Б	2ГШ68Е	2,00		0,50	1,35	5,2		0,84	0,90
	КМ130	1КШЭ	3,40		0,50	1,35	3,2		0,75	0,82
	КМ130	1КШЭ	3,80		0,50	1,35	3,6		0,80	0,88
	КМ130	1КШЭ	4,00		0,50	1,35	4,0		0,85	0,92
	КМ144	РКУ16	2,60		0,63	1,35	3,4		0,82	0,92
	КМ144	РКУ16	3,00		0,63	1,35	3,8		0,80	0,85
	КМ142	1КШЭ	3,50		0,50	1,40	3,4		0,80	0,92
	КМ142	1КШЭ	4,00		0,50	1,40	3,8		0,85	0,88

 

 

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №2

ВЫБОР ВЕЛИЧИНЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ НАЧАЛЬНОГО
РАСПОРА И РАБОЧЕГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ

Основные положения

Во время работы очистного механизированного комплекса по выемке угля могут возникнуть аварийные ситуации, связанные с работой секций механизированной крепи, из-за несоответствия силовых параметров гидростоек характеру деформации налегающей кровли. В сложившейся ситуации необходимо правильно подобрать величину сопротивления начального распора и рабочего сопротивления гидростойки крепи.

Во время выемочных работ кровля выработки не должна превышать предельную величину смещения H_m, т.е. крепь должна удовлетворительно (без обвалов и обрушений вмещающих пород) поддерживать пространство лавы. Схема предельного состояния показана на рис.2.1. Если величина начального распора является достаточной, то про­исходит ограничение смещения нижних слоев кровли и их уплотнение, снижается их расслаивание. При этом кон­соль кровли, состоящая из отдельных слоев, становится аналогичной балке с большой высотой, что увеличивает ее сопротивление изгибу, а следовательно, снижает вели­чину смещения.

 

Рис.2.1. Предельное состояние кровли при работе секции механизированной крепи

Большое влияние на выбор параметров началь­ного и рабочего сопротивления оказывает механизм вза­имодействия основной и непосредственной кровли с ме­ханизированной крепью. Этот механизм описывается условием [2]

h_m + m ³ h_m × k_р + H_m, (2.1)

где h_m – мощность непосредст­венной (легкообрушающейся) кровли, м; m – вынимаемая мощность пласта, м; k_р – коэффициент разрыхления пород непосредст­венной кровли; H_m – предельный прогиб нижних слоев основной кровли до потери ими устойчивости в призабойном пространстве, м.

Экспериментальными исследованиями [2] установ­лены следующие соотношения m, H_m и k_р при ширине поддерживаемого призабойного пространства L = 4 м.

Таблица 2.1

m, м	0,7	0,9	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0
Hm, м	0,18	0,19	0,20	0,21	0,22	0,23	0,24	0,245	0,25
kр	1,15	1,18	1,20	1,25	1,30	1,35	1,40	1,45	1,50

 

Для других значений L величина H_m принимается прямо пропорциональной L.

При описанном выше механизме взаимодействия крепи и кровли минимально необходимое сопротивление начального распора Р_нр крепи при условии поддержания всей толщи непосредственной кровли [2] определится по
вы­ражению

Р_нр = h_m × g × k, МН/м², (2.2)

где h_m – мощность поддерживаемой непосредственной кровли, м,

h_m = (m – H_m) / (k_р – 1); (2.3)

g – средний удельный вес пород непосредственной кровли, g = 25¸27 кН/м³;

k – коэффициент пригрузки от основной кровли, который принимается равным 1,0 – для легко­управляемых (л/у), 1,55 – для среднеуправляемых (с/у) и 2,4 – для трудноуправляемых (т/у) кровель .

Рассчитанная по выражению (2.2) величина сопротивления начального распора при одинаковых диаметрах рабочих полостей всех гидро­стоек выбранной секции [2] должна отвечать условию

, МН/м², (2.4)

где d_р – диаметр рабочей полости гидростройки,м; п – количество стоек в секции; р_р – рабочее давление в напорной магистрали, МПа; L – ширина поддерживаемого призабойного прост­ранства, м; l – шаг установки секций крепи, м. Если условие (2.4) не выполняется, то подбираем гидростойку с большим диаметром рабочей полости, исходя из условия

, м. (2.5)

Полученное значение при решении правой части неравенства округляем до ближайшего большего значения на основании следующего ряда величин d_р, м: 0,14; 0,16; 0,20; 0,22; 0,25 [5].

Выбор величины необходимого рабочего сопротивления механизированных крепей осуществляется на основании графических зависимостей, представленных на рис.2.2 [2].

Рис.2.2. Зависимости необходимого рабочего сопротивления Р механизированных крепей поддерживающего, поддерживающе-оградительного (а) и оградительно-под­держивающего (б) типов от мощности пласта m и класса кровли: 1 - легкоуправляемой, 2 - среднеуправляемой, 3 – трудноуправляемой

 

Приведенные расчетные зависимости определены для ширины призабойного пространства 4 м (рис.2.2,а) и 2.5 м (рис. 2.2,б) при шаге расстановки секций 1,5 м.

Определенная по графикам рис.2.2 необходимая вели­чина рабочего сопротивления Р в зависимости от типа крепи, мощности пласта и класса кровли [2] должна отвечать условию

Р ≤ Р_рс или , МН/м², (2.6)

где Р_рс – рабочее сопротивление крепи по технической характеристике, МН/м²;
d_р – диаметр рабочей полости стойки, м; n– количество стоек в секции; p_пк – давление настройки предохранительного кла­пана стойки крепи, МПа. Если условие (2.6) не выполняется, то увеличиваем величину p_пк.

Задание. На основании исходных данных и данных табл.2.2 [5] выбрать механизированную крепь, необходимую для работы очистного комплекса, проверив и скорректировав величину её несущей способности по значению допустимого сопротивления начального распора и рабочего сопротивления.

Таблица 2.2

Параметр	Тип крепи
Модель	1МК103М	1МК90	2МК90	3МК90	МК98	1М88
Поддерживающая
m, м	0,71¸0,95	0,80¸1,25	1,1¸1,5	1,35¸2,0	0,75¸1,0	1,0¸1,3
n
Основная кровля пласта	л/у, с/у	с/у	с/у	с/у	л/у, с/у	с/у
Lкр, м	2,7	5,2	5,2	4,7	3,46	3,67
l, м	1,2	1,5	1,5	1,5	1,6	0,95
рр, МПа
Рнр, МН/м2	0,400	0,344	0,720	0,440	0,252	0,287
Ррс, МН/м2	0,500	0,430	0,900	0,550	0,315	0,410

 

Продолжение табл.2.2

Параметр	Тип крепи
Модель	2М87УМН	2М87УМП	1М88С	2М87С	1ОКП70	2ОКП70
Поддерживающая	Оград.-поддерж.
m, м	1,25¸1,95	1,05¸1,95	1,05¸1,4	1,25¸1,95	1,5¸2,5	2,3¸2,5
n
Основная кровля пласта	с/у	л/у	л/у, с/у	л/у, с/у	с/у	с/у
Lкр, м	3,67	3,54	3,67	3,67	3,35	3,62
l, м	0,95	0,95	1,3	1,3	1,1	1,1
рр, МПа
Рнр, МН/м2	0,287	0,434	0,350	0,350	0,480	0,480
Ррс, МН/м2	0,410	0,620	0,500	0,500	0,600	0,600

 

 

Продолжение табл.2.2

Параметр	Тип крепи
Модель	2ОКП70Б	3ОКП70Б	4ОКП70Б	УКП5	2М142	М144	М130
Оградительно-поддерживающая	Поддерж.-оградительная
m, м	2,4¸3,5	2,8¸4,0	1,6¸2,2	2,4¸5,0	3¸5	2,0¸3,2	2,35¸3,20 2,50¸3,65 2,80¸4,15
n
Основная кровля пласта	с/у	с/у	с/у	т/у	т/у	с/у	т/у
Lкр, м	3,62	3,62		4,515	4,0	4,0	4,3
l, м	1,1	1,1	1,1	1,5	1,5	1,5	1,2
рр, МПа
Рнр, МН/м2	0,480	0,480	0,480	0,910	1,031	0,560	0,450
Ррс, МН/м2	0,600	0,600	0,600	1,300	1,452	0,700	0,700

 

Пример.

Исходные данные:

m = 2,0 м; класс кровли – среднеуправляемая; d_р = 0,16 м; L = 4 м; p_пк = 40 МПа.

Исходя из заданного значения мощности пласта m выбираем на основании табл.2.2 крепь 1ОКП70.

Минимально необходимое сопротивление начального распора Р_нр крепи определим на основании формулы (2.2), предварительно найдя значение h_m по формуле (2.3). Зная значения m (см. исходные данные), находим по табл. 2.1 значения H_m и k_р и подставляем их в формулу (2.3)

h_m = (2,0 – 0,22) / (1,3 – 1) = 5,933 м;

Р_нр = 5,933 × 27 × 1,55 = 0,248 МН/м².

На основании выражения (2.4)

_,

0,248 ≤ 0,585, МН/м².

Таким образом, условие (2.4) выполняется.

На основании графиков на рис.2.1 определяем необходимое рабочее сопротивление P механизированных крепей

P = 0,66 МН/м².

На основании выражения (2.6)

, МН/м²,

0,66 ≤ 0,731, МН/м².

Таким образом, условие (2.6) выполняется.

Выбранная крепь отвечает окружающим условиям работы.

Варианты заданий для расчёта величины допустимого сопротивления
начального распора и рабочего сопротивления

 

№	m, м	g, кН/м3	Класс кровли	dр, м	L, м	pпк, МПа
	0,7		л/у	0,14	4,0
	0,9		л/у	0,14	4,0
	1,0		л/у	0,14	4,0
	1,5		л/у	0,14	4,0
	2,0		с/у	0,14	4,0
	2,5		с/у	0,14	4,0
	3,0		с/у	0,14	4,0
	3,5		с/у	0,14	4,0
	4,0		с/у	0,14	4,0
	4,5		т/у	0,14	4,0
	5,0		т/у	0,14	4,0
	0,7		с/у	0,16	4,0
	0,9		с/у	0,16	4,0
	1,0		с/у	0,16	4,0
	1,5		с/у	0,16	4,0
	2,0		с/у	0,16	4,0
	2,5		т/у	0,16	4,0
	3,0		т/у	0,16	4,0
	3,5		т/у	0,16	4,0
	4,0		т/у	0,16	4,0
	4,5		т/у	0,16	4,0
	5,0		т/у	0,16	4,0
	0,7		л/у	0,14	4,0
	0,9		л/у	0,14	4,0
	1,0		л/у	0,14	4,0
	1,5		л/у	0,14	4,0
	2,0		с/у	0,14	4,0
	2,5		с/у	0,14	4,0
	3,0		с/у	0,14	4,0
	3,5		с/у	0,14	4,0