S tu d iu m id e n ty fik a c ji w p ły w u w yb ran ych c z y n n ik ó w na stan o b c ią że n ia z e w n ę tr z n e g o k o m b a jn u i p rzep ro w a d zo n a analiza en erg o ch ło n n o ści p rocesu urabiania skał w ę g lo w y c h k o m b a jn em ś c ia n o w y m w y k a za ły , ż e p rzeb ieg p rocesu ład o w a n ia organam i urabiającym i isto tn ie w p ły w a na w y k o rz y sta n ie p otencjalnych m o ż liw o ś c i te ch n icz n y c h k om b ajnu w w a runkach d a n e g o p rzodk a śc ia n o w e g o . Z p rzep row ad zon ych badań id e n ty fik a c y jn y c h w y n ik a , ż e na p r z eb ie g t e g o procesu o p ró cz cec h konstruk cyjn ych sa m y ch o r g a n ó w i p aram etrów pra
c y k o m b a jn u w p ły w m ają r ó w n ież takie czyn n ik i, jak: kierunek o b ro tó w organu, j e g o u sy tu o w a n ie w sto su n k u d o rynien p rzen ośnik a śc ia n o w e g o , p r z esło n ię cie organu rynnam i p rz en o śn ik a i ra m ie n iem w y c h y ln y m kom bajnu, zw ro t urabiania w stosu n k u d o z w ro tu od staw y, sto s o w a n ie ła d o w a r e k o s ło n o w y c h . P o n iew a ż przy danej prędkości ob rotow ej m ak sym aln a w y d a jn o ś ć ła d o w a n ia o g ra n iczo n a je s t cecham i konstruk cyjn ym i sa m e g o organu i ładow arki o s ło n o w e j, p r z ek a zy w a n ie urobku na przen ośn ik przeb iega b ez z a k łó ce ń , g d y w y d a jn o ść ura
b ia n ia o r g a n e m n ie p rzek racza w y d a jn o ści ład ow an ia. Istnieje zatem k o n ie c z n o ść u sta len ia a priori p rzy jak iej w a rto ści pręd k ości p o su w u kom bajnu o b ie w y d a jn o ści są so b ie rów ne.
W z w ią z k u z p o w y ż s z y m w arun kiem u zy sk a n ia m odelu te o re ty cz n e g o p ra w id ło w o o d z w ie r c ie d la ją c e g o p r zeb ieg p rocesu ład ow an ia urobku w ę g lo w e g o przez kom bajn je s t sp eł
n ie n ie n a stęp u ją cy ch w y m o g ó w :
• a n a liza p o w in n a b y ć p rzep row ad zon a o d d zie ln ie dla organu w y p rz ed z a ją c e g o i ty ln e g o ze w z g lę d u na s p e c y fik ę z w ią za n ą z charakterem i lic z b ą c z y n n ik ó w k ształtu jących p rzeb ieg p r o c esu ła d o w a n ia , a ta k ż e ilo ś c ią urobku ła d o w a n eg o p o s zc z eg ó ln y m i organam i;
• sto s o w a n ie ła d o w a r e k o sło n o w y c h , s z c z e g ó ln ie przy z w ięk sz o n e j sz e ro k o ści zabioru, stw a rza k o n ie c z n o ś ć u w z g lę d n ie n ia problem atyki zw ią za n ej z u sy tu o w a n iem ład o w a rk i w sto su n k u d o organu urabiającego;
• w p rzypad k u organ u ty ln e g o n a leży u w zg lę d n ić fakt je g o p r z esło n ię cia ram ien iem w y c h y ln y m kom b ajn u i rynnam i p rzen ośn ik a ścia n o w eg o ;
• m o d e l p o w in ie n u m o ż liw ić u sta len ie p r a w id ło w e g o kierunku o b r o tó w organu ty ln e g o w z a le ż n o ś c i o d w y s o k o ś c i ścia n y , średn icy o rg a n ó w urabiających, w y m ia r ó w p rzen ośnik a ś c ia n o w e g o i c e c h kon stru k cyjn ych kom bajnu.
P ro b le m a ty k a ła d o w a n ia urobku organam i urabiającym i b y ła sz e ro k o a n a lizo w a n a z a r ó w n o w kraju [1 0 , 12, 4 3 , 4 5 , 58], jak i za gran icą [2, 5, 13, 5 1 , 6 8 ]. P rzep row ad zon e d o ty c h c z a s r o z w a ż a n ia te o re ty cz n e są jed n a k zb yt o g ó ln e , g d y ż n ie u w zg lę d n ia ją w d o s ta te c z n ym sto p n iu sp e c y fik i zw ią za n ej z warunkam i ła d o w a n ia urobku organem tyln y m . G en eraln ie o b ejm u ją ty lk o p rzyp ad ek organu w y p rz ed za ją ceg o , który urabia w a rstw ę w ę g la o w y s o k o śc i rów nej j e g o śred nicy. J e d y n ie w d w u pracach u w zg lę d n io n o c z ę ś c io w e p r z e s ło n ię c ie organu d o ln e g o [4 3 , 6 8 ], le c z ze w zględ u na bardzo u p roszczon y sp osób nie p ozw alają na szerszą a n a liz ę w p ły w u p o s z c z e g ó ln y c h c z y n n ik ó w na p rzeb ieg procesu ła d o w a n ia tym organem .
W z w ią z k u z p o w y ż s z y m o p ra co w a n o n o w y m odel teo rety czn y p rocesu ła d o w a n ia urob
ku w ę g lo w e g o p r z ez kom bajn śc ia n o w y , u w zg lę d n ia ją c y czy n n ik i isto tn ie w p ły w a ją c e na p r z e b ie g te g o p ro c esu . P o słu ż o n o się m e to d ą porów n ania o b ję to ści w o ln ej przestrzeni organu
u r a b ia ją c eg o z ilo ś c ią urobku ła d o w a n eg o w trakcie je d n e g o obrotu organu u r a b ia ją c eg o [2 3 , 2 4 ]. Z a p r o p o n o w a n y m o d e l różni się o d za p r ezen to w a n y ch w e w c z e śn ie j w y m ie n io n y c h pra
ca ch z a r ó w n o sp o s o b e m w y z n a c z e n ia ilo ści urobku z a ła d o w y w a n e g o d an ym o rg a n e m ura
b ia ją c y m , ja k i o k r e śle n ie m o b jęto ści w oln ej p rzestrzen i organu u rab iającego.
6.1. Ładowanie urobku organem wyprzedzającym
P o n ie w a ż o rgan w y p r z ed za ją c y urabia w a rstw ę o w y s o k o ś c i rów nej j e g o śr e d n ic y z a ła d o w y w a n y w ę g ie l sta n o w i w c a ło ś c i urobek o d sp o jo n y o d c a liz n y n o ża m i u rab iającym i. O b
j ę t o ś ć w ę g la o d d z ie lo n ą n o ż a m i urabiającym i o d c a liz n y w tra k cie j e d n e g o ob rotu organu u ra b ia ją ceg o m o ż n a w y z n a c z y ć ja k o ilo c z y n p o la przekroju skraw u, s z e r o k o śc i za b io ru o r g a nu u r a b ia ją c eg o o ra z lic z b y n o ż y w lin ii sk raw ania, c o w yraża n astęp u jąca z a le ż n o ść :
V, = :— z * m * k * — * \g{<p)d<p (6 . 1 )
2 n J0
P o u w z g lę d n ie n iu o g ó ln ie znanej u p ro szczo n ej z a le żn o śc i
g ( 9 > ) = — — * s in ę > (6 .2 )
m * n
i p o u p o rz ą d k o w a n iu u z y sk u je się p o sta ć k o ń c o w ą Ję
VU = D * z * v * — ( 6 .3 )
n
W a n a liz ie n ie u w z g lę d n io n o z m n iejs ze n ia p ola przekroju p o p r z e c z n e g o w a r stw y urabianej o r g a n e m w y p r z e d z a ją c y m w w y n ik u w y stęp o w a n ia z ja w isk a od sp a ja n ia g ó r n e g o n a ro ża p o kład u , c o m a m ie js c e s z c z e g ó ln ie w przypadku ścia n w y s o k ich . D z ię k i te m u z a o s tr z o n o w a runek n ie w y s tą p ie n ia d ła w ie n ia u robk iem organu w y p rzed za ją c eg o .
O b ję to ś ć w o ln e j przestrzen i organu urab iającego, za w a rtą p o m ię d z y śr e d n ic ą p ła sz c za p ia sty o rg a n u i śr e d n ic ą zew n ę tr z n ą organu, p o w ię k s z o n ą o o b ję to ść przestrzen i p o m ię d z y org a n em i ła d o w a r k ą o s ło n o w ą , w y z n a c z y ć m o żn a z za leżn o ści:
(
, \V = - * [ ( / )2 - d 2) * 1 --- - — + ( 2 * D + A D ) * A D * c ] * z 0 (6 .4 )
4 s , * c o s v ,
N a p o d sta w ie z a sa d projek tow an ia sto so w a n y c h w U S A [5 1 ] p rzy jęto , ż e ilo ś ć urobku p rzek azan a d o za ła d o w a n ia w trakcie je d n e g o obrotu organu u ra b ia ją ceg o n ie p o w in n a b y ć w ię k s z a o d 3 0 % w o ln e j przestrzen i organu urab iającego z u w z g lę d n ie n ie m o d s u n ię c ia ła d o w ark i o s ło n o w e j o d organu. S p ełn ie n ie te g o warunku za p ew n ia p r a w id ło w y p r z e b ie g p ro cesu ła d o w a n ia urob k u o rg a n e m u rabiającym , g d y ż n ie d o c h o d zi w ó w c z a s d o z ja w isk a recyrk u la
cji urob k u w o r g a n ie i n ie w y s tę p u je d ła w ie n ie organu ła d o w a n y m u rob k iem .
Z g o d n ie z p o w y ż s z ą zasadą, d o p u szc z a ln ą p ręd k o ść p o su w u k om b ajnu z e w z g lę d u na p r a w id ło w y p r z e b ie g p ro c esu ła d o w a n ia organem w y p rzed za ją cy m w y z n a c z a s ię z z a le ż n o ści:
v = - ° ’3 * rr *[(£>2 - d 2) * { 1 ---— — 1 + (2 * Z) 4- A D ) * AD * c \ * — * n ( 6 .5 )
4 * k * D lv ’ ^ s , * c o s y J ’ z V ’
6.2. Ładowanie urobku organem tylnym
W y s o k o ś ć p o zo sta łe j przy sp ągu w y rob isk a w a rstw y w ę g la urabianej organ em ty ln y m z a le ż y o d w y s o k o ś c i ścia n y i średnicy za sto so w a n y c h o r g a n ó w urabiających. W w ię k s z o ś c i p r z y p a d k ó w j e s t o n a m n ie jsza o d średnicy organu urabiającego, le c z s p o c z y w a na niej c z ę ś ć u robk u, który n ie z o s ta ł za ła d o w a n y przez organ w yp rzed zający. Stąd ilo ś ć urobku, który za ła d o w y w a n y je s t p r z ez organ tylny n a leży w y z n a c z y ć ja k o su m ę urobku o d s p o jo n e g o o d cali
z n y ty m o rg a n em o ra z c z ę ś c i urobku p o z o sta w io n eg o na urabianej w a r stw ie p rzez organ w y przed zający.
P o d o b n ie ja k w przypadku organu w y p rzed za ją ceg o , o b ję to ść w ę g la o d d z ie lo n ą nożam i o d c a liz n y w tra k cie je d n e g o obrotu organu u rabiającego w y z n a c za s ię ja k o ilo c z y n p ola przek roju sk raw u , sz e ro k o ści zabioru organu u rabiającego oraz lic z b y n o ż y w linii skraw ania:
D 1
Vu = — *<pw * z * m * k * — * j g( <p) d<p (6 .6)
<Pw o P o u w z g lę d n ie n iu ( 6 .2 ) o ra z z a le żn o śc i
3D ~ 2 H « - n
c o s (pw = --- (6 .7 )
p o u p o rzą d k o w a n iu o trzy m u je się o sta teczn ą postać w y ra żen ia słu ż ą c eg o d o w y zn a c za n ia o b ję to śc i w ę g la o d d zie lo n e j n ożam i o d ca lizn y w trakcie je d n e g o obrotu organu tyln ego:
V
=(H - D)*
z * v * — (6 .8)n
U r o b ek , który n ie z o sta ł za ła d o w a n y organem w yp rzed zającym , s p o c z y w a na pozostałej d o urabian ia o rg a n em d o ln y m w a rstw ie w ę g la tw o r zą c pryzm ę o k ącie u syp u <5 (rys. 6 .1 ).
W a r to ść te g o kąta z a le ż y od sk u te czn o ści łado w a n ia organem w y p rz ed za ją cy m , jed n a k przy s to s o w a n iu ła d o w a r e k o s ło n o w y c h nie przekracza w artości kąta naturalnego u syp u urobku w sp o c z y n k u po.
A-A
Rys. 6.1. Schemat urabiania warstwy węgla przy spągu wyrobiska
Fig. 6.1. Diagram illustrating the process o f mining a coal layer near the floor
Z p o w y ż s z e g o w y n ik a , ż e w y s o k o ś ć tej pry zm y o k reślo n a za le żn o śc ią :
Stąd prędkość posuw u kombajnu, przy której nie będzie występowało w rozw ażanym przy
padku dław ienie organu urabiającego, wyznaczyć można z wyrażenia:
AX * s , * n * 9 * i
2 n * z * [ (// - D ) * k + 0,5 * z * k, * tg<?]
(6.27)
O pierając się na przedstaw ionym modelu teoretycznym m ożna uzyskać charakterystyki organów urabiających przedstaw iające dopuszczalne prędkości posuw u kom bajnu w yznaczo
ne odpow iednio dla przypadku urabiania warstwy przystropowej i przyspągowej. Dla przy
kładu na rys. 6.2 przedstaw iono kształtowanie się prędkości dopuszczalnych w funkcji w yso
kości ściany dla organów urabiających zastosowanych w ścianach:
- 6N w K W K B ogdanka
(D = 1800 mm, z=0,75 m, hp=300 mm, z ładowarkami osłonow ym i), - G -V III w K W K K nurów
(D =1800 mm, z=0,65 m, hp=225 mm, bez ładow arek osłonowych), - 086 w KW K M akoszow y
(D =2000 mm, z=0,65 m, hp=255 mm, bez ładowarek osłonowych).
Z przedstaw ionych charakterystyk wynika, że ze względu na urabianie w arstw y o w yso
kości równej średnicy organu warunki ładow ania urobku przez organ w yprzedzający są takie sam e w całym rozpatryw anym zakresie wysokości ścian. N atom iast w przypadku organu tyl
nego popraw ny przebieg procesu ładowania urobku zależy od wysokości ściany. M iejsce przecięcia się charakterystyk dotyczących obu organów wyznacza w ysokość ściany, przy któ
rej w arunki ładow ania organem tylnym odpow iadają w arunkom organu w yprzedzającego.
W ysokość ta zależy od średnicy organów urabiających, w ysokości rynien przenośnika ścia
now ego oraz od tego, czy zastosow ano ładowarki osłonowe. W przedstaw ionych przypadkach w ysokość w arstw y urabianej organem tylnym wynosi około 1,2 m przy średnicy organów 1800 mm i około 1,4 m przy średnicy 2000 mm. B iorąc pod uw agę w szystkie przypadki m oż
na stw ierdzić, że przy wysokości ścian większej od 3 m warunki przekazyw ania urobku przez organ tylny są zdecydow anie trudniejsze, o czym św iadczą dopuszczalne prędkości posuwu kombajnu.
D ecydujące znaczenie, ze względu na m ożliw ość przekazania urobku pod ram ieniem wy- chylnym kom bajnu przy nadsiębiernym kierunku obrotów organu tylnego, mają: średnica o r
ganu urabiającego, cechy konstrukcyjne ram ienia w ychylnego oraz rynien przenośnika. W przypadku ściany 086 w KW K Makoszowy, przy średnicy organów 2000 mm i w ysokości rynien przenośnika 255 mm ładowanie urobku będzie przebiegało praw idłow o przy obrotach nadsiębiernych organu tylnego w całym analizowanym zakresie wysokości ścian. Przy m niejszej średnicy organów urabiających (1800 mm) i większej w ysokości rynien przenośni
ka (ścianie 6N w KW K Bogdanka) konieczna je st zm iana kierunku obrotów organów w ca
łym zakresie w ysokości ścian, natomiast przy wysokości rynien przenośnika 225 mm (ściana G -V III w K W K K nurów ) tylko w ścianach o wysokości większej od 2,5 m.
Przy korzystaniu z m odelu w procesie doboru kombajnu do określonych w arunków eks
ploatacyjnych proponuje się zastosow anie następującej procedury:
1. W yznaczenie dopuszczalnych prędkości posuwu ze względu na praw idłow y przebieg pro
cesu ładow ania urobku, dla danych cech konstrukcyjnych przyjętych organów urabiają
cych, odpow iednio dla przypadku organu wyprzedzającego i tylnego.
Prędkośćposuwu[m/min] Prędkośćposuwu[m/minPrędkośćposuwu[m/min]
Makoszowy 086
Wysokość ściany [m]
B o g d a n k a 6 N
p rę d k o ść m a k s y m a ln a 'm
1 o rg a n w y p rz e d z a ją c y .„ o r g a n ty ln y i
6 5 - 4 - 3 -
2
-; o b ro ty n a d się b ie m e
2,2 2,4 2,8
Wysokość ściany [m]
3,2 3,4 3,6
K n u r ó w G -V II I
--- 1--- --- “ - ; p rę d k o ść m a k s y m a ln a i ...
] o rg a n w y p rz e d z a ją c y [
1 ’ : o rg a n ty ln y
■ s ,
, , * v „ , ,
____ ___
1 ! o b ro ty n a d się b ie m e
, v ~ —
--- ---1---1--- 1--- 1
---2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6
Wysokość ściany [m]
Rys. 6.2. Charakterystyki organów urabiających w aspekcie ładowania urobku Fig. 6.2. Characteristics of cutting drums in aspect of cut coal loading
2. P orów nanie uzyskanych wartości prędkości dopuszczalnych z m aksym alną prędkością posuw u danego rozwiązania technicznego kombajnu. W przypadku gdy uzyskane w arto
ści m ieszczą się w zakresie posuwu danego kombajnu, należy zw iększyć odległość łado
w arek od organów lub dobrać organy o większej średnicy.
3. W yznaczenie prędkości dopuszczalnej z warunku określającego m ożliw ość przem iesz
czania urobku na przenośnik pod ramieniem w ychylnym kom bajnu przy nadsiębiernym kierunku obrotów organu tylnego. W przypadku gdy prędkość posuwu kom bajnu w yzna
czona z tego w arunku jest mniejsza od uzyskanej dla organu tylnego, w pierwszym kroku praw idłow y przebieg procesu ładowania urobku organem tylnym m ożna uzyskać przy podsiębiernej pracy tego organu. W arunek określony zależnością (6.27) pozw ala także na ustalenie niezbędnego pola przekroju poprzecznego prześwitu pom iędzy ram ieniem wy
chylnym kom bajnu i rynnami przenośnika ścianowego w przypadku zastosow ania now e
go rozw iązania konstrukcyjnego ramienia um ożliw iającego zm ianę tego parametru.
6.3. Podsumowanie
O pracow any now y model teoretyczny procesu ładow ania urobku w ęglow ego przez kom
bajn ścianow y uw zględnia istotne czynniki w pływ ające na przebieg tego procesu, w yodręb
nione w trakcie badań identyfikacyjnych. Zgodność w yników analizy charakterystyk ładow a
nia, w yznaczonych z zaproponow anego modelu, z wnioskami wynikającym i z przeprow adzo
nego studium identyfikacji w pływ u przebiegu procesu ładow ania na stan obciążenia ze
w nętrznego kom bajnu dowodzi, że zaproponowany model teoretyczny procesu ładow ania urobku w ęglow ego przez kombajn ścianowy dobrze odzw ierciedla przebieg tego procesu.
Dzięki tem u m oże być w ykorzystany w procesie projektowania kom bajnow ego system u me- chanizacyjnego do następujących celów:
• do b ó r param etrów konstrukcyjnych organów urabiających ze względu na praw idłow e ła
dow anie urobku;
• ustalenie w łaściw ego kierunku obrotów organów urabiających;
• określenie położenia ładow arek osłonowych w stosunku do organów;
• w ybór rozw iązania konstrukcyjnego ram ienia w ychylnego kombajnu i ustalenie jego cech geom etrycznych ze względu na zwiększenie pola przekroju poprzecznego prześwitu po
m iędzy ram ieniem w ychylnym i rynnami przenośnika ścianowego.
Dzięki zastosow aniu przedstawionego modelu m ożna zapew nić praw idłow y przebieg procesu ładow ania urobku przez kombajn w danych warunkach eksploatacyjnych, a tym sa
mym uzyskać korzystny stan obciążenia zewnętrznego kombajnu. Fakt ten jest bardzo istotny z punktu w idzenia w ykorzystania potencjalnych możliwości technicznych kom bajnu i uzy
skania wysokiej koncentracji wydobycia.