Розрахунок параметрів підтримки гірничих виробок схильних до впливу очисних робіт

 

3 ТЕХНОЛОГІЯ І МЕХАНІЗАЦІЯ ОЧИСНИХ РОБІТ

 

З огляду на гірничо-геологічні умови, середню потужність пласта, кут падіння  і вміщуючих бічних порід, приймаємо очисний комбайновий комплекс.

У цей час широке застосування одержали вузькозахватні комбайнові комплекси.

 

3.1 Вибір і обґрунтування технологічної схеми

Для механізації очисних робіт, при доробки запасів пласта l₄, приймаємо механізований комплекс типу 1КМ103М.

Вуглевидобувний комплекс 1КМ103М призначений для комплексної механізації очистних робіт у лаві на пластах потужностю 0,7 – 1,2 м з кутом падіння при посуванні вибою за простяганням до 35⁰ – за повстанням та падінням до 10⁰. Опір вугілля різання до 2,5 кН/см, при бічних породах не нижче середньої стійкості у лавах довжиною до 200 м.

У склад комплексу  входять: комбайн К103; згинаючий скребковий конвеєр СП202В1М з ВСП і кабелевкладачем; механізовані пересувні кріплення 1МК103М; кріплення сполучення лави зі штреками; електричне і гідравлічне обладнання, змонтоване на енергопоїзді у штреку.

Виконавчий орган комбайну К103 виконаний у вигляді двох шнеків з шириною захвату 0,8 м. Комбайн при вийманні вугілля рухається по круглій направляючий конвеєра, спираючись гідравлічними опорами на полку навантажувального лемеха, працює з підошви пласта у лоб уступу вибою по двобічній схемі. Виймання вугілля на кінцевих частинах лави здійснюється способом косих заїздів.

Вибійний конвеєр СП202В1М оснащений двома електродвигунами потужністю по 55 кВт. На ставі конвеєра із сторони виробленого простору закріплені жолоби з відсіками для тягових ланцюгів комбайну, направляюча для кабелевкладача, а також короби для закріплення штовхачів кріплення.

Механізоване кріплення  комплексу  призначено для механізації  процесу підтримки і управління покрівлею у привибійному просторі лави. Кріплення 1МК103М – підтримуючого  типу, агрегатне; складається з однакових чотирьох-стійкових секцій із суцільним перекриттям і симетрично розташованим по осі кожної секції гідродомкратом пересування, який шарнірно з'єднаний  через штовхач з конвеєром. Стійки – двосторонньої дії с подвійним гідравлічним розсуванням. Секції кріплення пересуваються до вибою слідом за виїмкою вугілля комбайну.

Врахоруючи прийняту у проекті систему розробки пласта, кут його падіння – 17⁰, важаю доцільним, виїмкову дільницю пласта l₄ відпрацьовувати із застосуванням механізованого комплексу типу 1КМ103М.

Для порівняння приймаємо близький за типорозміром механізований комплекс та зводимо у таблицю 3.1.

 

Таблиця 3. 1 – Порівняльна характеристика обраного устаткування

№	Показники	комплекси
		1КМ103М	1МКД - 90
1.	Кут падіння, град	35	35
2.	Тиск на підошву, мПа	2,5	2,5
3.	Довжина комплексу в поставці, м	200	180
4.	Комбайн вхідний до складу комплексу	К103	1ГШ200
5.	Механізоване кріплення	1М 103	1КД - 90
6.	Вибійний скребковий конвеєр	СП202В1М	СП87ПМ
7.	Характеристика пород: за зрушуванням  покрівлі; за стійкістю  підошви пласта	А1А2А3 Б3Б4 Б5	А1А2А3 Б3Б4Б5

 

 

При правильному виборі типорозміру кріплення повинні  виконуватися наступні умови:

Hmin.k ≤ Hmin.p, Hmax.k ≥ Hmax.p,

(3.1)

де H_min.k і H_max.k – конструктивна мінімальна і максимальна висота кріплення, м, для кріплення 1МК103М – H_min.k= 0,5 м і H_max.k= 0,95 м;

H_min.p і H_max.p – допустима розрахункова мінімальна і максимальна висота кріплення, м.

Hmin.p = Hmin – ∆hз – Θ, Hmax.р = Hmax – ∆hп.

(3.2)

Відстані від вибою  до заднього і переднього ряду стійок визначимо по формулам:                               

I_п = I_пк + а = 2,285 + 0,2 = 2,485 м,

I_з = I_зк + В_з + а = 3,685 + 0,8 + 0,2 = 4,685 м,

де I_зк і I_пк – конструктивні розміри кріплення, м, для кріплення 1МК103М – I_зк=3,685 м, I_пк=2,285 м;

а – відстань від вибою до передньої  кромки перекриття кріплення, котре  повинне бути не більше 0,3 м, приймаємо а = 0,2 м;

В_з = 0,8 м – ширина захвату очисної машини комплексу.

Величину опускання  покрівлі визначаємо, в залежності від потужності пласта, по формулам:

∆hз = ак·Hmin· Iз, ∆hп = ак·Hmах· Iп.

(3.3)

Остаточно формули 4.2 будуть мати вид:

H_min.p = H_min · (1–а_к· I_з),

H_max.р = H_max · (1–а_к· I_п).

Знайдені числові значення підставляємо в формули 3.2 і одержуємо результат:

H_min.p = 0,78·(1–0,025·4,685) = 0,66 м,

H_mах.p = 0,9·(1–0,025·2,485) =0,84 м,

де а_к – коефіцієнт, враховуючий склад і властивості порід, для наших умов приймаємо а_к = 0,025.

Умова: H_min.k=0,5 м < H_min.p=0,66 м,  H_max.k=0,95 м > H_max.p=0,85 м, виконується.

Обраний типорозмір кріплення 1МК103М задовольняє даним гірничо-геологічним умовам.

Технологічна  схема очисної виїмки.

Технологічна схема  роботи комплексу наступна: виїмка вугілля здійснюється зі двосторонній схемі при фронтальному пересуванні вибійного конвеєру.

У вихідному положенні  конвеєр присунут до вибою, секції кріплення встановлені з резервом ходу пересувки, тобто відсунуті від конвеєра на 0,8 м; комбайн знаходиться у  робочему положенні. Робота комбайна по виїмці вугілля ведеться із розташуванням переднього шнека у покрівлі пласта, заднього у підошві; навантаження вугілля на вибійний конвеєр здійснюється шнеками із допомогою навантажувальних щитків. Пересування комбайна здійснюється замкнутим тяговим ланцюгом, за допомогою винесеної системи подачі.

Слідом за проходом комбайну послідовно пересуваються до вибою секції кріплення у контакті із покрівлею з активним підпором. Після вирубки комбайну до вентиляційного штреку, здійснюється його зарубка і пересуваються крайні секції. Пересування приводу конвеєра на кінцевій ділянці, виробляється за допомогою штрекової крепі сполучення КСШ5.

 

3.2 Визначення навантаження на очисний вибій

 

Комбайн К103 має два електродвигуна типу ЭКВ 3,5 – 75 із водяним охолодженням потужністю по 75 кВт, які розташовані поруч середини корпусу комбайна. Комбайн переміщується уздовж вибою за допомогою ВСП, що складається з двох приводів потужністю по 37 кВт. Можлива швидкість переміщення комбайну V_п, м/хв, у конкретних гірничо-геологічних умовах, розраховується по формулі:

(3.4)

 

де P_уст –установлена потужність електродвигунів комбайна, кВт;

H_w – питомі витрати на виїмку вугілля, кВт·г/т;

В_з – ширина виконавчого органу комбайна, м;

γ – щільність вугілля, т/м³.

Установлена потужність електродвигунів комбайна складе:

Р_уст = к_р·Р = 0,9 ·150 = 135 кВт.

Для визначення Н_w скористаємося емпіричною залежністю:

де А_р=185 Н/м – середня опірність пласта різанню у невіджатій зоні очисного вибою;

Н_р=0,85 м – середня потужність пласта.

Знайдені числові значення підставляємо у формулу 3.3 і отримуємо результат:

Теоретична продуктивність комбайна визначається по формулі:

 

Qтеор = 60·Нр·Вз·Vт· γ = 60·0,80·0,85·4,0·1,35 = 210 т/год,

(3.5)

де V_т – технічно припустима швидкість подачі, м/хв; швидкість подачі по питомим енерговитратам вище технічно припустимої, у розрахунку приймаємо V_т=4 м/хв. 

Технічна продуктивність комбайна буде дорівнювати:                                                  

Qтех= Qтеор·kтех ,

(3.6)

де k_тех – коефіцієнт технічно можливої безперервності роботи комбайна в конкретних умовах експлуатації,

(3.7)

 

Т – час продуктивної роботи комбайна по виїмці вугілля, хв/цикл,

хв/цикл;

L=200 м – довжина лави;

l_н – довжина ніш, м;

Т_во – загальні витрати часу на допоміжні операції, хв,

 

Тво=Тмо+Тко+Тзи+Тун,	(3.8)

де Т_мо – витрати часу впродовж циклу на несполучені маневрові операції, хв, приймаємо рівним 0 (при двосторонній виїмці вугілля);

Т_ко – час, затрачуваний на кінцеві операції, хв, приймаємо 30 хв;

Т_зи – витрати часу на заміну зношених різців при відомих питомих витратах, хв,

 

Тзи= Нр·Вз·L· γ·Z·tзи = 0,85·0,8·200·1,35·0,01·3 = 5,2 хв,

(3.9)

t_зи – час на заміну одного різця, приймаємо 3 хв, для стопорного кріплення;

Z – питома витрата різців, шт/т, для визначення питомих витрат робочего інструмента визначається коефіцієнт міцності вугілля f_в по шкалі                           проф. М.М. Протод'яконова:

,

по таблиці 2.2 [2] питома витрата різців складе – Z=0,01 шт/т.

Витрати часу на усунення несправностей Т_ун, хв, залежні від технічної досконалості і надійності машини, визначаються по формулі:

 

, хв

(3.10)

де k_г – коефіцієнт готовності, для комплексу 1КМ103М приймаємо рівним 0,75.

Визначимо загальні витрати часу на допоміжні операції по формулі 4.8:

Т_во = 0 + 30 + 5,2 + 15 = 50,2, хв.

Коефіцієнт технічно можливої безперервної роботи комбайна буде дорівнюва-ти:

.

Знайдені числові значення підставляємо у формулу 3.6 і отримуємо результат:

Q_тех= 210·0,49 = 102 т/год.

Експлуатаційна продуктивність, з обліком всіх видів простоїв визначається по формулі:

Qе= Qтеор·kэ = 210·0,3 = 63 т/год.

(3.11)

де k_э – коефіцієнт машинного часу:

,

Т_эо – час на усунення експлуатаційних неполадок, приймаємо

Т_эо = 30хв.

Визначимо розрахункове навантаження на очисній вибій:

Q_р = Q_е·(Т_см – t_п.з.) = 63·(6 – 0,5)·3 = 880 т/доб,

де Т_зм= 6 год – тривалість зміни;

t_п.з.= 0,5 г – час на виконання підготовчо-заключних операцій;

n_зм= 3 – число робочих змін на добу по видобутку вугілля.

 

3.2.1 Продуктивність очисного комплексу.

Нормативне навантаження на очисний вибій визначимо по формулі:

(3.12)

, т/доб;

де   А₀ = 570 т/доб - нормативне навантаження на очисній вибій для комплексу 1КМ103М при фактичній  вийманій потужності m = 0,85 м и  А_р = 185 кН/см; 

а = 2 - поправка до нормативнго навантаження при зміні довжини очисного вибою;

  ∆l_л = 20 м - різниця між еталонною та прийнятою довжиною лави;