2. Выбор основных параметров механизированной крепи

Как известно аварийные ситуации в очистных забоях, связанные с проявлением горного давления, возникают при несоответствии силовых и кинематических параметров механизированных крепей величине и характеру деформации массива кровли.

В данном разделе студент делает окончательный выбор типа(ов) механизированной крепи для конкретных горнотехнических условий, согласно варианта задания. Кроме того, определяет величину сопротивления начального распора выбранной механизированной крепи и делает окончательный выбор типа.

4. Пример расчета

Таблица 4.1- Исходные данные для расчета

Сопротивляемость угля резанию, кН/м	Ā = 200
Плотность угля, т/м3	γ = 1,3
Характеристика угля	вязкий антрацит марок Г и Ж
Коэффициент сопротивления резанию	f΄ = 0,42
Угол падения пласта, …о	α = 20
Мощность вынимаемого пласта угля, м	m = 0,8
Длина лавы, м	L = 120

Предварительно комбайн выбирается с учетом исходных данных и в соответствие с технической характеристикой.

Таблица 4.2 - Технические характеристики комбайна 1К 101

Ширина захвата исполнительного органа, м	В = 0,63
Скорость резания, м/с	Vр = 73
Часовая мощность двигателя, кВт	Рч = 105
Ширина режущей кромки резца, м	в = 0,022
Сила тяжести комбайна, кН	G = 93
Диаметр шнека по резцам, м: верхнего нижнего	D = 0,7 D1 = 0,8

Таблица 4.3- Справочные данные для расчета

Число смен работы в сутки	n = 3
Продолжительность смены, ч	Тсм = 6
Затраты времени на подготовительные, заключительные работы в начале и конце смены, мин	Тпз = 20
Затраты времени на простои по организационно-техническим факторам (отсутствие порожняка и остановка конвейера, отсутствие электроэнергии, задержки в креплении и пр.), мин	Торг = 30
Коэффициент готовности	Кг = 0,88
Затраты времени на маневровые операции, мин	Тмо = 0
Затраты времени на концевые операции, мин	Тко = 25
Время замены одного резца, мин	tз = 1
Удельный расход резцов, шт/1000 т	Z = 8,2
Средняя ширина среза, см	tср = 3
Угол наклона резца к направлению подачи, …о	β = 45
Число линий резания кутковыми резцами	nлк - 1
Число забойных резцов в одной линии резания	mз = 2
Число кутковых резцов в одной линии резания	mк = 5
Коэффициент влияния угла резания на усилие резания на передней грани резца	Ку = 0,9
Коэффициент влияния формы передней грани резца (выпуклая) на усилие резания	Кф = 0,92
Ширина режущей кромки резца, м	в = 0,022
Постоянные для расчета усилия шнекового комбайна при работе со щитком	С – 0
Коэффициент объемного состояния угля под резцом	D1 = 35000
Коэффициент трения при перемещении комбайна по ставу конвейера	а΄ = 0,3 f΄΄ = 0,21
Коэффициент влияния формы режущей кромки резца на площадку затупления	Кфр = 0,8
Величина линейного износа резца по задней грани, м	Δи = 0,003
Коэффициент, учитывающий дополнительные сопротивления перемещению комбайна	Кс = 1,5

Устойчивая мощность двигателя, кВт:

максимальная ;

минимальная .

Скорость подачи комбайна, м/с:

максимальная ;

минимальная .

Средняя глубина стружки, снимаемая одним резцом, м:

.

Средняя ширина среза одного резца, м:

t_ср = t_у h_ср = 1,9 · 0,0155 = 0,03.

Общее число линий резания

.

Число линий резания забойными резцами

n_лз = n_л – n_лк = 21 – 1 = 20.

Общее число резцов исполнительного органа:

верхнего n = n_лзm_з + n_лкm_к = 20 · 2 + 1· 5 = 45;

нижнего n΄ = n = 45

Число резцов, находящихся в постоянном контакте с углем:

верхнего исполнительного органа

n_p = 0,5n = 0,5 · 45 = 22,5 ( принимается n_р = 29);

нижнего исполнительного органа

(n_р = 5).

Расчет коэффициентов

р = 126 h_ср + 2,26 = 126 · 0,0155 + 2,26 = 4,21;

q = 1,36 – 22 h_ср = 1,36 – 22 · 0,0165 = 1,02;

r=0,33+ =0,33+ =0,453

Коэффициент обнажения забоя

К=

Коэффициент отжима вязкого антрацита и углей марок Г и Ж

.

В случае применения механизированной крепи К_от увеличивается на 10-15 %, т.е.

К_от = 1,1 · 0,735 = 0,808.

Угол бокового развала борозды резания вязких антрацитов, …^о

.

Среднее значение силы резания на передней грани резца, кН:

Коэффициент влияния глубины стружки на усилие подачи

.

Временное сопротивление антрацита одноосному сжатию, кН/м²

Р_сж = 11772 + 26,5 Ā = 11772 + 26,5 · 200 = 17072 .

Проекция площадки затупления резца S_з на плоскость резания, м²

S_з = К_фр Δ_и в = 0,8 · 0,003 · 0,022 = 0,53 · 10^-4 .

Коэффициент влияния объемного состояния угля под задней гранью резца на величину усилия подачи

.

Сила, отжимающая резец от забоя, кН:

У₁ = К_об R_сж S_з + К_п Z_п = 1,366 · 17072 · 0,53 10^-4+ 0,576 · 0,869 = 1,74.

Суммарное значение силы резания на резце, кН

Z_ср = Z_п + f΄ У₁ = 0,869 + 0,42 · 1,74 = 1,6 .

Мощность. затрачиваемая на резание, кВт:

опережающим шнеком Р_р = Z_ср n_p V_p = 1,6 · 22 · 2,9 = 102,1;

отстающим шнеком Р΄_р = Z΄_ср n΄_p V΄_p = 1,6 · 5 · 3,3 = 26,4 .

Суммарная мощность, затрачиваемая на резание, кВт

Р_рз = Р_р + Р΄_р = 102,1 + 26,4 = 128,5 .

Расчет расхода мощности на подачу

Сила внедрения, кН:

для опережающего шнека ;

для отстающего шнека .

Суммарное усилие внедрения резцов, кН

У_Σ = У + У΄ = 24,4 + 3,2 = 27,6 .

Усилие подачи комбайна с учетом всех сопротивлений, кН

.

Мощность, расходуемая на подачу комбайна, кВт:

Р_п = У_п V_п = 89,4 · 0,0409 = 3,7.

Расчет мощности на погрузку

Скорость вращения шнеков, с^-1:

опережающего ;

отстающего .

Подача за один оборот, м/об:

.

Усилие сопротивления погрузке, кН

F_пог = F΄_пог = (С +D_zh_об) 10^-3 = (0 + 35000 · 0,031) 10^-3 = 1,085.

Мощность, расходуемая на погрузку угля. кВт:

опережающим шнеком Р_пог = F_пог V_р = 1,085 · 2,9 = 3,15;

отстающим шнеком Р΄_пог = F_пог V΄_р = 1,085 · 3,3 = 3,58.

Суммарная мощность, расходуемая на погрузку, кВт

Р_{пог Σ} = Р_пог + Р΄_пог = 3,15 + 3,58 = 6,73.

Суммарная мощность, затрачиваемая на выемку угля, кВт

Р = Р_р + Р_пог + Р_п = 128,5 + 3,7 + 5,1 = 131,3.

Сравнивая полученную мощность с максимальной устойчивой мощностью привода комбайна 1К101, равной 94,5 кВт видим, что такую расчетную скорость подачи 0,0409 м/с комбайн не может обеспечить. Уменьшаем скорость подачи и производим перерасчет мощности привода. Последовательно изменяя скорость подачи и производя перерасчет мощности привода необходимо получить ее значение, не превышающее значение максимальной устойчивости мощности, равной 94,5 кВт. Конечным результатом перерасчета является: Р = 93,6 кВт, V_п = 0,031 м/с.

Теоретическая производительность комбайна (т/мин)

Q = 60 m B V_п γ = 60 · 0,8 · 0,63 · 0,031 · 1,3 = 1,22

Время работы комбайна по выемке заходки, мин

.

Время устранения отказов за цикл, мин.

.

Время замены инструмента за цикл, мин.

Т_зи = В m L γ Z t_з = 0,63 · 0,8 · 120 · 1,3 · 8,2 10^-3· 1 = 0,646.

Время вспомогательных операций, мин.

Т_во = Т_м + Т_ко + Т_зи + Т_в = 0 + 25 + 0,646 + 8,8 = 34,4.

Коэффициент технически возможной непрерывной работы комбайна

.

Техническая производительность комбайна, т/мин.

Q_т = Q К_т = 1,22 · 0,65 = 0,796.

Коэффициент непрерывной работы комбайна в конкретных условиях эксплуатации

.

Эксплуатационная производительность комбайна, т/мин.

Q_э = Q К_э = 1,22 · 0,5 = 0,61.

Суточная производительность выемочного комплекса, т/сут.

Q_сут = 60_n (Т_см – Т_пз) Q_э = 60 · 3(6 – 0,333) 0,61 = 622,2.