книги из ГПНТБ / Липкович С.М. Проектирование технологических процессов очистной выемки угля

этому длительная работа комбайнов МК-67 в лавах значительной длины приводит к перегреву двигателя и снижению скорости пода­ чи, а иногда перерыву в выемке угля.

В заключение следует сказать, что на маломощных пластах увеличение длины лавы отрицательно влияет на скорость передви­ жения людей, увеличивается время выполнения ими технологичес­ ких процессов выемки и в конечном итоге все это снижает ско­ рость подачи комбайна.

При выемке угля комбайнами МК-67 максимальная скорость подачи обеспечивается при длине лавы в пределах 135—175 м.

Как показали наблюдения и исследования [23], мощность на ва­ лу электродвигателя при движении комбайна по лаве сверху вниз на 10—15% меньше, чем при его движении снизу вверх, а скорость подачи на 3—7% больше. Разница в мощности определяется из­ менением усилия подачи за счет веса комбайна и веса погрузочно­ го лемеха с углем.

Горно-геологические факторы влияют на ритм протекания про­ цесса добычи угля. К ним относятся: крепость и устойчивость бо­ ковых пород, вмещающих разрабатываемый пласт, ложная кровля, склонность почвы к пучению, водообильность пласта, геологичес­ кие нарушения, выдержанность гипсометрии, мощность пласта, глубина разработки.

Как известно, значительно осложняется работа выемочной ма­ шины в лавах, имеющих неустойчивые боковые породы. В таких очистных забоях часто происходит обрушение пород кровли, ус­ ложняется процесс крепления призабойного пространства, что в конечном итоге приводит к снижению скорости подачи выемочной машины по сравнению с возможной по условиям разрушения уголь­ ного пласта.

Учет влияния устойчивости боковых пород на скорость по­ дачи выемочной машины предлагается осуществлять при помощи коэффициента а', значения которого приведены в следующем параграфе.

Ложная кровля оказывает примерно такое же отрицательное влияние на технологический процесс выемки, как и слабая кровля.

Наличие дующей почвы в лавах приводит к тому, что в местах значительного пучения ее происходит заклинивание комбайна, раз­ рывы конвейерной линии и т. п. Геологические нарушения на уча­ стке существенно снижают скорость подачи выемочной машины, а иногда даже делают невозможными работы по выемке угля.

Влияние мощности пласта на скорость подачи выемочной ма­ шины можно оценить по следующим формулам:

при выемке пласта комбайнами типа К-52

1 , 2 м < т < 2,0 м;

41

Графически зависимости показаны на рис. 28.

Из рисунка видно (кривая 1), что для выемочных машин с ба­ рабанным исполнительным органом, расположенным на горизон­

органом на вертикальной оси с увеличением мощности пласта в диапазоне технической характеристики комбайна увеличивается скорость его подачи (рис. 28, кривая 2).

Практические наблюдения за процессом управления узкозах­ ватными комбайнами на шахтах Донецкого бассейна дают осно­ вание считать, что профессионально-техническое мастерство ра­ бочих оказывает определенное, а иногда и существенное влияние на эффективность работы выемочной машины. Высокое профес­ сиональное мастерство и большой опыт позволяют управлять ма­ шиной, максимально используя ее технические возможности.

На степень отжима угля сказывается горное давление, увеличи­ вающееся с глубиной ведения работ. В связи с этим легче разру­ шается угольный массив, что способствует увеличению скорости подачи выемочной машины.

Однако увеличение глубины разработки приводит к повышению газовыделения из пласта, ухудшению состояния боковых пород и в конечном итоге к снижению скорости подачи выемочной машины.

42

§ 4. Определение надежности выемочного оборудования очистных забоев

Комплексная механизация и автоматизация всех процессов до­ бычи угля предусматривает взаимодействие и одновременную ра­ боту различных машин и механизмов, объединенных единым тех­ нологическим процессом. Вследствие многозвенности и последова­ тельной цепи работающего оборудования недостаточная надеж­ ность отдельных машин и механизмов снижает полезное (машинное) время работы всего комплекса оборудования. Выход из строя любого из элементов комплекса приводит, как правило, к остановке очистных работ в забое, поэтому требования к надеж­ ности каждого элемента комплекса значительно повышаются. Эко­ номическая сущность проблемы повышения надежности оборудо­ вания очистных забоев заключается в повышении нагрузки на за­ бой, росте производительности труда и снижении себестоимости до­ бываемого угля.

Проблема повышения надежности горношахтного оборудования сложна и многогранна. Она охватывает широкий круг научных, технических и организационных вопросов и требует для своего ре­ шения значительных сил и средств в области научных исследо­ ваний, проектирования технологии производства и эксплуатации машин. Кроме того, вопросы надежности играют большую роль при установлении параметров основных и резервных мощностей на всех этапах очистных, подготовительных, транспортных и других работ.

В качестве основных критериев надежности горных машин,, комплексов и технологических схем выемки приняты [29, 30, 31]:

Т — наработка на отказ;

P(t) — вероятность безотказной работы в течение требуемого вре­ мени;

т — время восстановления работоспособности системы; kT — коэффициент готовности;

і — интенсивность отказов оборудования очистного забоя; р — интенсивность восстановления работоспособности.

Наработка на отказ (среднее время безотказной работы) пред­ ставляет собой среднее время работы горной машины или очист­ ного забоя между двумя последовательными отказами и опреде­ ляется по формуле

2 ч

где tv . — интервал времени между последовательными отказами; п — число отказов за время испытания или наблюдения.

43

Функция P(t) выражает вероятность того, что в течение требуе­ мого времени (смена, сутки) t не будет отказа машины или в це­ лом очистного забоя, т. е. вероятность, с которой T ^ t

Критерием восстанавливаемости горных машин является время восстановления т, представляющее собой среднее время устране­ ния одного отказа, и определяется по формуле

п

или системы после ликвидации отказа, ожидания лик­ видации отказа.

Величина времени ожидания ликвидации отказа включает за­ траты на подготовку инструментов, доставку запасных частей и организационные потери. Таким образом, она зависит от обеспе­ чения запасными частями и материалами для ремонта рассмат­ риваемой системы. Показатель надежности т, определяемый по суммарному времени простоев, характеризует как ремонтопригод­ ность машины (приспособленность системы для быстрого обнару­ жения отказов, их ликвидации и опробования после ликвидации отказов), так и уровень организации ремонтной службы и обеспе­ ченность запасными частями и материалами. Отсутствие запасных

готовностью понимается вероятность того, что технологическое

С помощью коэффициентов kr учитывается влияние надежности машины на ее эксплуатационную производительность. Величина количественных значений критериев (показателей) надежности позволяет производить инженерные расчеты надежности и сравни­

44

•т“ “+ 4'Т^ = 20+«да-57’2;

”=4'/ ( 1 М UFr-*“ -*

то.

46

данное статистическое распределение. Установить это можно с по­ мощью критерия согласия Пирсона %2 [7]:

47

чины в г-й интервал.

Распределение %2 зависит от числа степеней свободы г, которое равно r = k—S(S — число связей, наложенных на частости).

полностью определена, если указаны доверительные границы ин­ тервала, в котором с соответствующей доверительной вероятно­ стью V заключены наиболее вероятные значения наработки на отказ Т.

где öi, Ö2— коэффициенты точности оценки [31].

На рис. 30 показаны гистограмма случайных величин времени устранения отказов комбайна 2К-52. Наработка на отказ опре­ деляется согласно формуле (15. II), исходя из эффективного вре­

мени работы комбайнов за период наблюдений.

Коэффициенты готовности комбайнов при известных значениях наработок на отказ и времени восстановления рассчитываются по формуле (18. И)

48

т

Т + т

Исследования надежности работы узкозахватных комбайнов в условиях шахт Донецкого байссейна показали, что коэффициент готовности в зависимости от горно-геологических, горнотехнических условий и культуры эксплуатации

£= 0,78 -г- 0,87.

§5, Определение оптимальной надежности оборудования

очистных забоев

Определив фактическую надежность оборудования и установив, что она недостаточна для обеспечения эффективной работы, ста­ вится вопрос о ее повышении. Очевидно, максимально увеличивать вероятность безотказной работы экономически не всегда выгодно. Необходимо установить целесообразные значения параметров на­ дежности горных машин, при которых обеспечивается минималь­ ная стоимость выполнения задачи по добыче угля, включая затра­ ты на повышение надежности при изготовлении и эксплуатации

[32, 33,34].

Важной является задача определения целесообразных значе­ ний параметров надежности для оборудования механизированных комплексов. Количественные требования к надежности нельзя рас­ сматривать как неизменные. Они будут непрерывно повышаться с разработкой новых высоконадежных машин, деталей и узлов.

Известно, что качество работы комплекса (машины) характе­ ризуется его реальной эффективностью, которая зависит от цело­ го ряда показателей, в том числе и от параметров надежности. Количественно эффективность выражается вероятностью безот­ казной работы и коэффициентом готовности в определенных усло­ виях эксплуатации. Чем выше требуемая эффективность, тем, при прочих равных условиях, выше должны быть требования к на­ дежности.

Проблема оптимизации надежности оборудования очистного за­ боя сводится к нахождению минимальной стоимости выполнения поставленной задачи, включая затраты на повышение надежно­ сти при производстве и эксплуатации оборудования.

Принципиальная модель оптимальной надежности Сх (Р ) тех­ нологического оборудования очистного забоя может быть пред­ ставлена в виде суммы, стремящейся к минимуму:

ной надежностью оборудования, руб; С„(Р) — составляющая расходов, связанных с затратами на

повышение надежности, руб;

49

Р— вероятность безотказной работы за время рабочего цикла (ң.

Очевидно, что составляющая СЯ(Р) с повышением эксплуата­ ционной надежности технологического оборудования очистного за­ боя имеет тенденцию к снижению, составляющая Сп(Р) увеличи­ вается с повышением надежности. При таком характере изменения ■обеих составляющих, связанных с эксплуатационной надежностью технологического оборудования очистной выемки, общие расходы Сх (Р) должны иметь минимум, которому соответствуют оптималь­ ные значения коэффициентов надежности.

Составляющая расходов СЭ(Р) может быть оценена величиной ущерба, вызванного эксплуатацией недостаточно надежного тех­ нологического оборудования очистной выемки. Этот ущерб выра­ жается в увеличении стоимости работ, обусловленном простоями ■оборудования и равном

ческого оборудования за время рабочего цикла іц через 2 /р и, учи­ тывая, что вероятность безотказной работы элементов механизи­

найдем зависимость количества отказов я от вероятности безотказ­ ной работы P(tn) :

рывов, зависящий от скорости подачи выемоч­ ной машины и мощности пласта;

Іл — длина лавы, м; ірт — время ремонтно-профилактических работ, ч.

50