АВЕРКИН Александр Николаевич



Предыдущая | Следующая

 

АВЕРКИН Александр Николаевич Директор Центра перспективных разработок ОАО «ШахтНИУИ» В различных угледобывающих бассейнах Российской Федерации промышленные запасы угля на пластах мощностью 0,85-1,4 м составляют от 35 до 95 % от общих запасов. При этом в тонких угольных пластах залегают наиболее ценные сорта энергетических и коксующихся углей. Отказ от отработки тонких пластов ведет к быстрому исчерпанию более эффективных запасов, росту глубины отработки и резкому ухудшению угледобычи, необходимости значительных капиталовложений в строительство новых шахт или их реконструкцию [1].
Основной причиной сокращения добычи угля с тонких пластов, вплоть до закрытия отрабатывающих такие пласты шахт, является неэффективность их отработки из-за высокой зольности добываемого топлива вследствие вынужденной присечки боковых пород, низкой нагрузки на забой и производительности труда. Это связано с тем, что в настоящее время тонкие угольные пласты в РФ отрабатываются в подавляющем большинстве комбайновыми механизированными комплексами.
Вместе с тем многолетний отечественный и зарубежный опыт показывает, что при струговой технологии отработки выемка тонких угольных пластов может быть высокоэффективной. В передовых угледобывающих странах (Германия, США, Польша и др.) комбайновая технология выемки тонких пластов допускается только при наличии в пределах выемочного поля факторов, ограничивающих эффективность применения струговой технологии выемки. Так, в Германии в настоящее время практически все угольные пласты мощностью от 0,8 до 1,8 м, включая пласты с крепкими труднострогаемыми углями, отрабатываются струговыми механизированными комплексами [2].
Современные струговые установки являются высокоэффективными добычными машинами, обладающими высокой энерговооруженностью. Суммарная установленная мощность приводов струга и конвейера струговых установок различного типа может составлять от 640 до 3200 кВт.
Высокая энерговооруженность установок приводит к возникновению в элементах конструкций больших усилий, которые через рештачный став и тяговые органы струга и конвейера передаются на приводные станции и могут вызвать перемещение как самих приводных станций, так и части выемочного оборудования вдоль очистного забоя, что, в свою очередь, может существенно и на длительный период осложнить работу стругового механизированного комплекса и привести к значительному снижению эффективности его работы.
Так, многочисленными шахтными наблюдениями установлено, что своевременно нескомпенсированное смещение верхней приводной станции вдоль очистного забоя на 500 мм приводит к ликвидации зазоров между 20-45 рештаками стругового конвейера первоначально в верхней части очистного забоя. По мере подвигания очистного забоя под действием сил трения и гравитационных сил происходит перераспределение межрештачных зазоров и участок рештачного става с отсутствующими зазорами волнообразно перемещается из верхней части лавы в нижнюю. Это влечет за собой нарушение взаимной ориентации рештаков и агрегатированных с ними секций крепи, снижает эффективность работы системы подачи струговой установки на забой, вызывает «шалашение» рештачного става конвейера и, как следствие, дополнительные трудозатраты по управлению струговой установкой в вертикальной плоскости.
Практический опыт показывает, что для ликвидации последствий такого смещения верхней приводной станции и полного восстановления работоспособности стругового механизированного комплекса требуется не только выполнение комплекса специальных мероприятий на протяжении достаточно длительного периода времени, но и высокая квалификация и специальные навыки обслуживающего персонала.
Очевидно, что в этих условиях особое значение приобретает обеспечение продольной устойчивости струговых установок, под которой понимается способность выемочного оборудования сохранять состояние равновесия в плоскости пласта вдоль очистного забоя во всех возможных режимах его работы.
Для размещения приводных станций струговых установок, их направленного перемещения, восприятия возникающих на приводных станциях реактивных усилий и обеспечения продольной устойчивости струговых установок в отечественной и зарубежной практике широкое распространение получили специальные удерживающие устройства, размещаемые как на концевых участках, так и рассредоточено по длине струговых установок.
Вместе с тем анализ отечественных и зарубежных литературных источников показывает, что процессы формирования нагрузок на удерживающие устройства струговых установок являются недостаточно изученными. Это предопределяет возникновение различного рода ошибок как при проектировании таких устройств, так и при их выборе для эксплуатации в конкретных горнотехнических условиях.
Смещающие усилия, действующие на удерживающие устройства струговых установок, в общем случае являются функцией усилий в тяговых органах струга и конвейера.
Поэтому наиболее значимые в этой области работы [3, 4] были посвящены процессам формирования усилий в тяговых органах струга и конвейера в режимах блокирования, когда возникающие усилия являются наибольшими по абсолютной величине. Однако в этих работах, в том числе наиболее полной из них [4], не учитываются ряд факторов, влияющих на протекающие при блокировании процессы. Как следует из [4], максимальный момент, развиваемый приводом струга (конвейера) на выходном валу редуктора при блокировании набегающей ветви тягового органа и используемый при расчете величины действующего на удерживающее устройство усилия, определяется по выражению где: kП – коэффициент, учитывающий падение напряжения в питающей электросети при блокировании; MK, МП – критический и пусковой моменты электродвигателя при номинальном напряжении в питающей электросети, Н•м; СПрив – жесткость системы «препятствие – тяговый орган – удерживающее устройство», приведенная к валу электродвигателя блокируемого привода, Н•м; J– момент инерции ротора электродвигателя и вращающихся элементов редуктора, приведенный к электродвигателя блокируемого привода, кг•м2;??К– критическая угловая скорость вращения электродвигателя блокируемого привода, с-1; UP – передаточное число редуктора;??Р – КПД редуктора (механической передачи).
При этом значение жесткости СПрив системы определяется из условия того, что препятствие и удерживающее устройство являются абсолютно жестким в сравнении с блокируемым отрезком тягового органа, по выражению:
2 2
C Прив?? CT.O???? з???? T .O???? з?? , Н•м, ? UP?? CT?? UP?? где: СT.O – жесткость отрезка тягового органа между блокирующим препятствием и блокируемым приводом, Н/м; ET.O – жесткость 1 м тягового органа, Н; CT – длина отрезка тягового органа между блокирующим препятствием и блокируемым приводом, м; RЗ – радиус звезды блокируемого привода, м.
Аналитическими и экспериментальными (стендовыми и шахтными) исследованиями, выполненными в ОАО «ШахтНИУИ», установлено, что жесткости препятствий при блокировании исполнительного органа (струга) и тягового органа конвейера имеют конечные величины, сопоставимые с жесткостью отрезков тягового органа, которые составляют:
СБЛ.С = 1,6 • 10 8 Н/м – жесткость препятствия при блокировании исполнительного органа (струга);
СБЛ.С = 1,0 • 10 6 Н/м – жесткость препятствия при блокировании тягового органа конвейера.
Кроме того, установлено, что система «приводная станция – удерживающее устройство» также обладает собственной жесткостью СУ.У, величина которой для различных типов удерживающих устройств изменяется в пределах СУ.У = (5,7...8,5) • 10 6 Н/м и должна в обязательном порядке учитываться при определении жесткости системы «препятствие – тяговый орган – удерживающее устройство».
Из вышеизложенного следует, что при расчете величины действующего на удерживающее устройство усилия в (1) значение приведенной к валу электродвигателя блокируемого привода жесткости системы СПрив следует определять по выражению 2 CБЛ?? CT .O?? CБЛ?? C У.У?? CT .O?? C У.У?? UP?? Инструментальные замеры, выполненные при проведении стендовых и шахтных исследований, показали высокую сходимость фактических и расчетных значений усилий, действующих на удерживающее устройство при блокировании струга и тягового органа конвейера (расхождение не более 12,7 %).
Таким образом, использование полученных зависимостей на стадии проектирования гарантирует создание удерживающих устройств, обеспечивающих продольную устойчивость струговых установок нового технического уровня с повышенной энерговооруженностью.
Список литературы 1. Луганцев Б.Б., Файнбурд Л.И., Турук В.Д. Перспективы развития струговой выемки // Известия высших учебных заведений.
Северо-Кавказский регион. Технические науки. – 2004. – Приложение № 7.– С. 6-13.
2. Хайнц-Вернер Фосс, Манфред Биттнер. Средства механизации выемки угля, применяемые в Германии при разработке пластов малой и средней мощности // Глюкауф. – 2003. – № 3.
– С. 14-19.
3. Исследование экстремальных нагрузок в трансмиссии струга при клинении исполнительного органа.: Отчет. / ШахтНИУИ. Рук.
работы А.Я. Плетинский. – г. Шахты, 1978. – 63 с.
4. Шевченко Н.Н. Исследование и разработка методики расчета нагруженности электропривода струга в переходных процессах.
Дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. – М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1983. – 199 с.