XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Введение

В наше время создания новых технологии или совершенствования уже имеющихся технологии разработки месторождений стало ведущей проблемой повышения эффективности добычи полезного ископаемого в угледобывающей отрасли. Ведь при этом они должны учитывать соблюдение основных требований , например: высокие технико-экономические показатели, отсутствие нарушений целостности земной поверхности, извлечение полезного ископаемого при сложно-залегающих условиях.

Технология длинных лав являясь очень популярной и широко применяемой не только в нашей стране и также за рубежом имеет один минус, по итогам исследований для них растет себестоимость добычи за счёт монтажа и демонтажа большого количества очистного оборудования (на 1 п.м. лавы 15-20 т.), за счет ухудшающихся условии разработки твердых минералов. Для решение этой проблемы предлагается применить при длине очистных забоев до 20-30 м коротко забойную выемку полезных ископаемых. Она себя уже показала как упрощенный вид, в процессе чего скорость подвигания забоев определяется мощностью привода очистных комбайнов, транспорта и энергоемкости процессов разрушения.

Определяющей проблемой в этих условиях является проблема поворота грузопотока конвейерами при транспортировании твердых минералов так как позволяет задействовать более совершенные схемы с обходом нарушенных зон.

В преимущество коротко забойных технологий можно отнести то, что эффективную добычу можно наладить и при малых запасах, ведь первоначальные капитальные вложения у коротко забойных технологий отличается меньшем числом чем для лавных, поскольку доставлять комплекс 200 м лавы с тяжелым комбайном и оборудованием нерационально. А преимущество потому, что сейчас запасы, залегающие в сложных, трудно извлекаемых участках месторождений твердых полезных ископаемых (уголь, калийные соли, ценные руды) составляют не менее 30% от общих, а забалансовые запасы, например, угля составляют более 50%. Объемы таких угольных пластов, приведены в таблице 1. На порядок меньшие запасы имеются и в остальных областях.

Табл. 1 – Основные запасы угля в Республики Казахстан

Области	Показатели, млн. тонн		Отношение Балансовые/забалансовые
	Балансовые	Забалансовые
Павлодарская	11920	1798	6,6
Карагандинская	10065	4447	2,3
Кустанайская	7536	12082	0,62
Алма-атинская	937	9975	0,1

Технологические схемы коротко забойной выемки на основе камерных способов и коротких лав которые тоже можно относить к камерным технологиям были разработаны именно для таких запасов. Маневрирование камерами при встрече геологического нарушения легче чем длинными лавами, время выстоя кровли в зоне поворота меньше чем в лавах и это не приводить к существенному вывалообразованию. Недостаток таких систем - отсутствие поворотных конвейеров, способных изменить направление транспортирования на угол до 90 градусов и нам понадобится механизированная крепь длиной 20 м. Анализ решений с поворотными конвейерами и с крепью показывает их высокую эффективность в современных условиях и в тоже время необходимость совершенствования их технико-технологических решений. При таких технологиях существенно изменяется архитектура выработок у забоя, появляется необходимость создание новых моделей геомеханики учитывающих разрушение кровли, разделение циклически повторяющимися трещинами и разрывами, сложность и быстро изменяющуюся архитектуру выработок. Возможности камерной выемки, не ограничивается возможностью организации быстрой добычи в краткие сроки, оно ещё позволяет реализовать самые прогрессивные – наукоемкие схемы, с постепенным вовлечением, по мере необходимости все новых и новых элементов в ответ на реакцию горной среды, т.е. она адаптивна, что позволит резко повысить прибыль и рентабельность разработок.

Можно рассмотреть применение камерных технологий с учетом видов разработки:

Подземным способом:

- пластовые полезные ископаемые угля и калийных солей, пологого падения в первую очередь залегающие в сложных условиях (нарушенность пластов);

- месторождения калийных солей;

- рудные месторождения, допускающие механизированную отработку с предварительным разрыхлением массива физико-химическим диспергированием;

- перевод технологий подземной разработки угля для энергетических целей в системы с переработкой угля в энергию непосредственно в пластах.

Открытым способом:

- перевод открытых горных работ открыто-подземный с целью улучшения его экономических характеристик и снижения экологического ущерба.

Предложения по камерной выемке, особенно эффективны в том случае, если имеется конвейер с универсальной системой поворота транспортного потока, в любой зоне става конвейера на 90 градусов, при этом как показывает опыт испытаний КПС1 в КарТУ и ТОО КарГорМаш-М. это уже осушествими на любой угол поворота с возможностью выстраивания става по схеме «змея» Еще она будет эффективно при применение механизированной крепи длиной 20 м. Например использовать крепь ОКП 70 оградительно-поддерживающий с конвейером универсальной системой поворота. Для таких разработок и в целом для камерных систем и частично для лавной выемки предложен угловой скребковый конвейер по инновационному патенту РК № 27024, заявка № 2012/0726.1, дата подачи заявки 20.06.2012 (рисунки 1).

Рисунок 1 - Протягивание поворотного конвейера за натяжной рештак, при развороте на 60^о

Механизированная крепь типа ОКП70

Комплекс второго типоразмера 2ОКП70 в 1975—1976 гг. прошел промышленные испытания на шахтах «Полысаевская» ПО Ленинскуголь и «Чурубай-Нуринская» ПО Карагандауголь, с 1977 г. и выпускалось серийно. Комплексами 2ОКП70 достигнуты высокие технико-экономические показатели: установлен рекорд Кузбасса по суточной добыче- 8,7 тыс. т, очистные бригады знатных шахтеров М. Н. Решетникова и В. Г. Девятко трижды добывали по 1 млн. т угля за год. Годовой народнохозяйственный экономический эффект от внедрения одного комплекса 2ОКП70 составляет 423,6 тыс. руб.

Комплексы ОКП70 предназначены для механизации очистных работ на пологих пластах мощностью от 1,6 до 4 м, сопротивляемостью угля и породных прослоек резанию до 30 Н^м, с кровлями,' в которых должны залегать легкообрушаемые породы мощностью не менее 3,5-кратной вынимаемой мощности пласта, с почвами, допускающими давление не менее 1,2 МПа, при слабоволнистой гипсометрии пласта.

Наиболее важные конструктивные особенности крепи комплекса ОКП70 заключаются в том, что он имеет более высокий технический уровень и эксплуатационные показатели за счет следующих отличий:

Имеет широкую область применения по углу падения пластов;

Для обеспечения прохода людей по лаве и в зоне расположения комбайна стойки секций отодвинуты к выработанному пространству;

Для более надежного удержания крепи от бокового наклона при работе комплекса на повышенных углах падения, а также для выравнивания секций боковые выдвижные борты на каждой секции управляются двумя гидродомкратами, а первая от конвейерного штрека секция связана гидродомкратами по перекрытию и основанию с крепью сопряжения этого штрека;

Для лучшего удержания крепи от сползания вниз во время передвижки каждая секция имеет два гидродомкрата передвижки, расположенные сбоку основания и позволяющие производить ее разворот в плоскости пласта.

Для обеспечения совмещения во времени передвижения крепи и конвейера без снижения производительности передвижения крепи, крепь снабжена двумя напорными магистралями;

Каждая секция имеет противоотжимной щиток;

Увеличена длина козырька и обеспечено стабильное положение его.

Проектирование механизированной крепи

Подготовку к проектированию механизированной крепи выполним на основе программного пакета типа Adams. Это связанно с тем, что последние используются для решения задач динамического нагружения конструкций и используют методы линеаризации уравнений динамики. При этом как следует из описания пакета на его основе решаются объёмные задачи и точность полученных данных вполне приемлема.

Adams - программный комплекс для виртуального моделирования сложных машин и механизмов и используется для разработки и совершенствования движущихся конструкций. С помощью Adams можно быстро создать в препроцессоре или импортировать из CAD-систем модель изделия, строя ее непосредственно. Выбрав связи узлов и нагрузки модели, определив кинематические параметры, запустив расчёт можно получить данные, близкие к результатам натурных испытаний системы (если связи и примитивы Adams выбраны корректно). Тогда, представление о работе машины будем иметь до изготовления опытного образца.

Пользователю обеспечены:

определение параметров машины, в области её работоспособности; необходимые габаритные размеры пространства, для её движущихся частей и объёмы модели с учётом работы в среде;

определение нагрузок, и арактеристик приводов машины по скорости,мощности и т.п.;

оптимизация параметров изделия.

Adams имеет:

интуитивно понятный интерфейс - общий для многих САПР

достаточная параметризация моделей - любые параметры прототипа могут быть связаны функциональной зависимостью, модификация какого-либо размера модели автоматически приводит к изменению её конфигурации и т.п.;

эффективные средства визуализации результатов моделирования,включая анимацию и построение графиков.

Далее проанализируем конструктивные особенности крепи. Исследование нагруженности крепи для очистных выработок - важная задача для оптимизации её параметров и безопасности работ.

1.Сначала строим перекрытие под углом 45˚ через команду Bodies-Solids-Link, у которого Length=400 cm,Width=40 cm, Depth=100cm.Не забываем ставит галочки рядом цифрами. Ширина перекрытие больше чем у Глиника потому, что секция глубоко внутрь поставлено большая консоль чтобы она не согнулась мы его сделали шире.

Рисунок 2.1

2.Создаем основание через команду Bodies-Solids-Link,у которого Length=250cm,Width=30cm,Depth=100cm.Конец перекрытие где начинается козырёк и конец основания находятся на одной вертикальной линий это для того чтобы аша крепь не клевал вперет.

Рисунок 2.2

3.Далее строим траверс с небольшим наклоном соединяя вручную перекрытие с основанием через команду Bodies-Solids-Link, у которого Length=100cm Width=25cm, Depth=100cm.

Рисунок 2.3

4.После построения строим портал по прямой для соединение верхнего траверса с основанием, строим через команду Bodies-Solids-Link,у которого Length=50cm,Width=25cm,Depth=100cm.

Рисунок 2.4

5.Дальше строим нашу верхнею траверс через команду Bodies-Solids-Link, у которого Length=100cm,Width=25cm,Depth=100cm.

Рисунок 2. 5

6. Затем строим для нашей крепи козырёк. Козырёк отличается от козырка глиника тем, что имеет 2 части забойная и завальная а между ними шарнир.

Строим ее через команду Bodies-Solids-Link, у которого Length=120cm,Width=25cm,Depth=100cm.При нужде передвижаение нашего казырка мы исползуем команду Edit-Move при нажатие выходит окошка Precision Move нажимаем Laod для сбрасование дальше Translate внизу x нажимая передвигаем казырек вправа на 3 шага.

Рисунок 2.6

7. Соединяем петлявым шарниром козырёк и ограждение командой Connectors- Joints- Revolute Joint.Не забываем выбрать 2 Bodies- 1 Location, курсиром отмечаем Part2 это перекрытие и Part7 это казырёк после этого находим их центр и нажимаем туда.

Рисунок 2.7

8. Дальше ставим такие же шарниры для соединение между собой ограждение с траверсами командой Connectors- Joints- Revolute Joint.Не забываем выбрать 2 Bodies- 1 Location, курсиром отмечаем Part2 это ограждение и Part6 это верхний траверс после этого находим их центр и нажимаем туда.

Рисунок 2.8

9. Потом ставим такие же шарниры для соединение между собой верхний с порталом командой Connectors- Joints- Revolute Joint.Не забываем выбрать 2 Bodies- 1 Location, курсиром отмечаем Part6 это верхний траверс и Part5 это портал после этого находим их центр и нажимаем туда.

Рисунок 2.9

10.Ёще раз все команды упомянутые (9) сверху для соединение между собой перекрытие это Part2 с траверсом нижним это Part4.

Рисунок 3

11. Ёще раз все команды упомянутые (9) сверху для соединение между собой траверсом нижним это Part4 с основанием Part3.

Рисунок 3.1

12.Теперь нам нужно жестко то есть замком соединит между собой портал с основанием для этого нужно командой Connectors- Joints- Fixed Joint.Не забываем выбрать 2 Bodies- 1 Location, курсиром отмечаем Part3 это основание и Part5 это портал после этого находим их центр и нажимаем туда.

Рисунок 3.2

13.Чтобы наша крепь стояла мы должны закрепит жестко замком между собой грунт и основание для этого нужно командой Connectors- Joints- Fixed Joint. Не забываем выбрать 2 Bodies- 1 Location, курсиром отмечаем Ground это грунт и Part3 это основание после этого находим центр основание и нажимаем туда.

Рисунок 3.3

14.После наших действие мы можем проверить нашу крепь при помощи Simulation- Simulation Control на рисунке 3.4 окно там End Time-5.0, Steps – 5000, снизу нужно выбрать Interactive. Окно имея интуитивно понятный интерфейс позволяет управлять временем просмотра всех этапов движения.

Рисунок 3.4

Рисунок 3.5

15.Затем строим гидрастойку, для этого нам нужен целиндр, через команду Bodies-Solids-Cylinder,у которого Lenth=130cm, Radius= 20 cm.Не забываем выбрать New Part.Ставим его с небольшим смещением назад.

Рисунок 3.6

16.Продолжаем строит гидростойку следущая на очереде это шток, для этого исползуем команду Bodies-Solids-Cylinder, у которого Lenth=130cm, Radius= 15 cm. Не забываем выбрать New Part.Начинаем чертит с центра перекрытие до конца целиндра.

Рисунок 3.7

Давайте проверим в 3д формате нашу гидростойка.

Рисунок 3.8

17.Теперь перейдем к шарнирам, сначала исползуем петлявой шарнир. Соединяем перекрытие Part4 с штоком Part10 с помощью команды Connectors- Joints- Revolute Joint.Не забывая курсиром их отмечать, соединяем их в центре.

Рисунок 3.9

18. Теперь перейдем к шарнирам, сначала исползуем шаровой шарнир. Соединям между собой основания Part3 с цилиндром Part9с помощью команды Connectors- Joints- Spherical Joint. Не забывая курсиром их отмечать, соединяем их в центре.

Рисунок 4

19. Теперь исползуем поступательно цилиндрический шарнир. Соединяем шток Part10 с цилиндрой Part9 с помощью команды Connectors- Joints- Create a Cylindrical Joint.Не забывая курсиром их отмечать, соединяем их в центре указовая стрелкой вверх.

Рисунок 4.1

20. После наших действие мы можем проверить нашу крепь при помощи Simulation- Simulation Control окна там End Time-5.0, Steps – 9000, снизу нужно выбрать Interactive. На рисунке 4.2 показано максимально опушенный вид крепи. Например если высота секции при нормальном виде составляет 4 м то во время макс. опушенного 2,5 м.

Рисунок 4.2

21. Расмотрим 2 вида нагрузки на крепь:

1.Максимальная деформация крепи за счет давление кровли

2.При работе клапана гидростойки.

В этом случае с учетом изменения направления силы от гидростойки на перекрытие и основание попытаемся использовать меню пакета для установки силы на две точки принадлежащие конструкции. Меню Two bodies (два тела) позволяет установить направление силы вычисляется по двум точкам тел, между которыми действует сила.Таким образом мы сможем вычислять нагрузки крепи при её просадке под действием горного давления. Для использования меню следует войти во вкладку Forces-Applied forces, сразу же у нас появляется окно Modify Forse рисунок 4.3 там вставляем нужные нам параметры , например Function=18млн .Подводим курсор к середине гидростойки и наводим вышедшую стрелку нужную нам сторону то есть верх. Теперь создадим горное давление. Не забываем изменит меню Space Fixed что значить, постоянное по направлению.Для использования меню следует войти во вкладку Forces-Applied forces, сразу же у нас появляется окно Modify Forse рисунок 4.3 там вставляем нужные нам параметры , например Function=18млн способом курсиром обозначев пересечение между козырком и основанием наводим вышедшую стрелку вниз то есть это горное давление Function=900000. (рисунок 4.5)

Рисунок 4.3

Рисунок 4.5

22. Главное условие адекватности нашей модели это чтобы скорость смешение секций, по шахтным данным, была равна на скорость смешение точки соединение козырка и перекрытие.

Вкладку Simulation Control используем для уже подготовленного движения деталей, узлов и целой машины и это лучше делать в рабочем диапазоне выделенного для нашей машины при использование не забываем нажать на Interactive. Жестко просаженный вид на рисунке 4.6

Рисунок 4.6

23.Мы уже увидели посаженный вид крепи нам теперь нужно вывести графики, нам для этого нужно узнать номерки нужных нам шарниров Джоинт 3 верхняя траверса нижний шарнир Джоин 5 нижний шарнир нижний траверса после Simulation – на окне вышедший нажимаем значок графика.

Теперь нажимаем Sourse-objects дальше Fiber-counstaint потом Object-Joint 3 ускорение выбераем по оси х и у далее Add Curves

Рисунок 4.7

Сюда мы добавим силовую выбераем по оси х и у далее Add Curves

Рисунок 4.8

24.Теперь строим для точки Джоин 5 нижний шарнир нижний траверса построим на силу график по оси у и х

Рисунок 4.9

Если сюда добавить графики Джоинт 3 по силе

Рисунок 5

Тут видно что графики похожи, но они лежать на разных областе для 5 шарнира в положительном а 3 шарниры в отрицательном,траверсы четерехзвенника всегда нагруженный силами разными по знаку,например если верхняя сжата то нижняя растянута или же наоборот.

Задача нашего проектирование кроме того что козырек должен двигатся параллельно забою, нам надо добится чтобы у нас было нагрузки как можно меньше.В данном случее 1 на 10-6 степении по плюсу а по минусу такое же значение.

25.Дальше мы можем построит секцию крепи для этого выделит все объекты нашей крепи и нажать Edit-Copy вышедший на том же месте копированную крепь нужно отодвинуть с командой Move и повторит раздвинув на 2 м

Рисунок 5.1

Нам нужно 20 таких секций

Рисунок 5.2

 

 

Гидравлическая схема включает в себя насосную станцию Н, предохранительную и распределительную гидроаппаратуру, гидроцилиндры двойного действия. Предохранительная гидроаппаратура включает в себя предохранительный клапан для сброса давления в аварийных (или других) ситуациях, когда давление рабочей жидкости превышает предельно допустимое для данной системы значение. Это клапан эпизодического действия, так как при нормальной работе системы он закрыт.

Рисунок 5.4 – Гидравлическая схема поворота скребкового конвейера

4/3 гидрораспределители Р1, Р2 служат для управления гидроцилиндрами. В нейтральной позиции при отключении сигнала питание гидроцилиндров прекращается. Дроссели Др1 – Др3 предназначены для регулирования скорости выдвижения штоков гидроцилиндров. Гидроцилиндры Ц1,Ц2 предназначены для натяжения цепи, гидроцилиндр Ц3 для поворота рештака конвейера.

Из бака гидравлическая жидкость поступает через насос Н гидрораспределитель Р и далее в гидроцилиндр Ц. В зависимости от положения гидрораспределителя 1, 2 или нейтральное жидкость поступает в правую или левую полость цилиндра, заставляя его двигаться в разных направлениях. В нейтральном положении, как на рисунке цилиндр двигаться не будет. За насосом обязательно должен стоять предохранительный клапан КП настроенный на определённое давление в гидросистеме. При его срабатывании гидравлическая жидкость будет поступать обратно в бак минуя всю гидросистему.

Заключение

ОКП70 в свое время была лучшая секция крепи , им были достигнуты высокие технико-экономические показатели: установлен рекорд Кузбасса по суточной добыче- 8,7 тыс. т, очистные бригады знатных шахтеров М. Н. Решетникова и В. Г. Девятко трижды добывали по 1 млн. т угля за год. Она и сейчас могла бы быть лучшей если его бы изготовляли. И причем самые крупные аварий в бассейне тоже связанный с этой крепью , например в шахте «Абайской» г.Абай Карагандинской области Казахстан в 2008 году, причина аварий в том , что крепь очень хорошо работала, она угля давала много то есть обнажался забой быстро, из-за этого выделяемый газ метан быстро скапливалась и вентиляция не успевала и насчет появившееся искры произошёл взрыв метано-воздушной смеси с последующим пожаром. Обратим внимание на методы снижение взрывоопасности горной выработки тремя способами, это соблюдение норм безопасности, дегазация, аэрогазовый кантроль в шахтах. Хочу рассмотреть возвращение в строй ОКП70 соблюдая приписные методы безопасности и беря во внимание все выгодные его стороны.

Задача нашего проектирование кроме того что козырек должен двигатся параллельно забою, нам надо добится чтобы у нас было нагрузки как можно меньше.В нашем расмотренном случее 1 на 10-6 степении по плюсу а по минусу такое же значение. Мы также убедились в адекватности модели шахным условиям.

Литература

1. В.И. Солодов. Проектирование и конструирование горных машин и комплексов. М., «Недра», 1982 г., 350с.

2. В. К. Портяненко, А. В. Мозжухин, Н. И. Щербаков,В. К. Кривопуск, Ф. А. Ермаков. Очистные механизированные комплексы ОКП70. М.,«Недра», 1984 г. , 168с.

3. Р.Н. Хаджиков. Горня механика.М.,«Недра», 1973 г.

4. К.А. Поляков.Создание виртуальных моделей в пакете прикладных программ Adams. Учебное пособие.Самара,2003 г.,88 с.

Код для цитирования: Скопировать