ZESZYTY N A U K O W E PO LITEC H NIK I ŚLĄSKIEJ Seria: G Ó RN IC TW O z. 255
2002 N r kol. 1564
Piotr SOBOTA, Tadeusz GIZA, Piotr CHELUSZKA, Jan O SA D N IK Politechnika Śląska, G liw ice
ANALIZA WARUNKÓW EKSPLOATACJI MECHANIZMÓW CIĄGNIENIA ŚCIANOWYCH KOMBAJNÓW WĘGLOWYCH
Streszczenie. K om bajny ścianowe eksploatowane w polskim górnictwie węglowym współdziałają z m echanizm am i posuw u typu POLTRA K z jednym (B) lub dw om a (2B) kołami napędow ym i, typu EIC Ó TR A CK z dwom a kołam i napędow ym i (2BP) lub typu DYNATRAC z dw om a kołam i napędow ym i (2D). Przeanalizow ano w arunki eksploatacji mechanizmów ciągnienia w e w szystkich 166 ścianach czynnych w styczniu 2002 roku w polskim górnictw ie w ęgla kam iennego. Uw zględniono przy tym udział poszczególnych typów m echanizm ów posuw u w odpow iednich przedziałach długości, w ysokości i nachylenia podłużnego ścian.
ANALYSIS OF OPERATING CONDITIONS OF HAULAGE SYSTEMS USED IN LONGWALL SHEARERS
Summary. Longw all shearers, that are in use in Polish coal m ines, cooperate with haulage system s o f the PO LTR A K type provided with one (B) or tw o (2B) drive sprockets, o f the EICOTRA CK type provided w ith two (2BP) drive sprockets or o f the D YNATRAC type characterized b y tw o (2D) drive sprockets. The analysis covered operating conditions o f haulage system s on all 166 Polish longwall faces that were active in January 2002. A special attention w as paid to longw all faces the gross daily output o f w hich was in excess o f 5000 tonnes per day.
1. Wprowadzenie
W zrost koncentracji w ydobycia w ęgla kam iennego w ym usza stosowanie ścianowych kombajnów w ęglow ych o coraz w yższych param etrach technicznych. W ostatnim dziesięcioleciu znacząco w zrosły m oce instalowane w układach urabiania i m echanizm ach ciągnienia oraz m asy kom bajnów . Zadaniem m echanizm u ciągnienia, składającego się
248 P. S o b o ta, T . G iz a , P. C h elu szk a, J. Osadnik
z ciągnika i bezcięgnow ego m echanizm u posuwu, je st przem ieszczanie kom bajnu węglowego w zdłuż czoła ściany po przenośniku zgrzebłow ym z odpow iednią prędkością posuwu.
C iągnik w ytw arza siłę uciągu pokonującą opory ruchu kom bajnu będące w ynikiem urabiania i ładow ania w ęgla, nachylenia trasy przenośnika oraz działania sił tarcia. R egulacja prędkości posuwu kom bajnu odbyw a się w napędzanym silnikiem elektrycznym ciągniku na drodze hydraulicznej (ciągniki hydrauliczne) bądź elektrycznej (ciągniki elektryczne). Bezcięgnowy m echanizm posuw u przenosi siłę uciągu z koła napędow ego ciągnika n a elementy trasy m ocow ane do przenośnika zgrzebłow ego w zdłuż całej ściany, a następnie ja k o siłę tarcia na spąg. K om bajny ścianow e eksploatow ane w polskim górnictwie w ęglow ym współdziałają z m echanizm am i posuw u typu PO LTR A K z jednym (B) lub dw om a (2B) kołami napędow ym i, typu E IC O TR A C K z dw om a kołam i napędow ym i (2BP) lub typu DYNATRAC z dw om a kołam i napędow ym i (2D). B ezcięgnow e m echanizm y posuw u kombajnów ścianow ych w prow adzono do polskich kopalń pod koniec lat 70., co spowodowało w yelim inow anie z eksploatacji niebezpiecznych dla załogi m echanizm ów łańcuchowych.
O pracow any w Instytucie M echanizacji G órnictw a Politechniki Śląskiej m echanizm posuwu PO LTRA K , dzięki ruchliw ej zębatce dostosowany do w spółdziałania z kombajnami, w których ciągnik m ógł być um ieszczony w dow olnym m iejscu pom iędzy płozami, dom inow ał w polskim górnictw ie w ęgla kam iennego aż do lat 90. [1], M echanizm posuwu EIC O TR A CK , o zębatce sztyw no mocowanej do zastaw ek przenośnika wymagającej um ieszczenia koła napędow ego ciągnika w osi płozy kom bajnu, znalazł zastosowanie po w prow adzeniu do produkcji nowej generacji kom bajnów w yposażonych w ciągniki z kołem napędow ym o poziom ej osi obrotu w yprow adzonym n a zew nątrz korpusu ciągnika. Podobnie usytuow ane koło napędow e ciągnika w m echanizm ie posuw u D Y N A TR A C współpracuje z osłoniętym łańcuchem ogniw ow ym o zróżnicow anych podziałkach ogniw poziomych i pionow ych, spełniającym rolę trasy zębatkowej.
2. Warunki eksploatacji mechanizmów ciągnienia kombajnów ścianowych
A nalizę w arunków eksploatacji m echanizm ów ciągnienia przeprow adzono dla danych uzyskanych z w szystkich 166 ścian czynnych w styczniu 2002 roku w polskim górnictwie w ęgla kam iennego. Z decydow ana większość kom bajnów w spółdziałała z bezcięgnowymi m echanizm am i posuw u E IC O TR A C K (2BP), w które w yposażono aż 141 ścian. Mechanizm PO LTR A K (B / 2B ) zastosow ano w 13 ścianach, zaś D Y N A TR A C (2D) w 12 ścianach.
Analiza w aru n k ó w ek sp lo a ta c ji 249
Mechanizmy posuw u typu 2BP stanow ią w yposażenie 85% ścian, przy zaledwie kilkuprocentowych udziałach m echanizm ów typu B i 2B oraz 2D [2].
Długość analizow anych ścian m ieściła się w zakresie od 68 m do 346 m, przy średniej wynoszącej 218,3 m. N ajczęściej użytkowany m echanizm posuw u EICOTRACK (2BP) znajduje zastosow anie w całym zakresie długości ścian (ry s.l). N ajdłuższa ściana, w której pracuje m echanizm DY NA TRAC (2D), ma 269 m długości, zaś m echanizm POLTRAK (B /2B ) ma m aksym alnie 221,5 m (średnio tylko 162 m). W ścianach o długości przekraczającej 250 m znajdują się tylko 2 m echanizm y DYNATRAC i aż 23 m echanizm y EICOTRACK.
< 100 101-1 5 0 151- 2 0 0 201- 2 5 0 251- 3 0 0 301-3 5 0
Długość ściany [mj
Rys. 1. L iczba m echanizm ów posuw u w poszczególnych przedziałach długości ścian
Zakres zm ienności wysokości ścian zaw ierał się w przedziale od 1,31 m do 4,50 m, przy średniej wysokości 2,50 m. M echanizm posuwu 2BP je st użytkowany w pełnym zakresie wysokości ścian. M echanizm y B i 2B oraz 2D pracują w ścianach o średnich wysokościach (rys.2). W ścianach o wysokości mniejszej od 1,8 m oraz wyższych niż 3,4 m stosowane są wyłącznie m echanizm y 2BP.
M echanizmy posuw u B i 2B, podobnie ja k w iększość m echanizm ów 2D, są stosowane w ścianach o nachyleniu podłużnym nie przekraczającym 12° (rys.3). Spośród 31 ścian, których nachylenie podłużne przekracza 12°, tylko dwie w yposażone są w mechanizm posuw u 2D, zaś reszta w m echanizm 2BP.
2 50 P. S o b o ta, T. G iza. P. C h e lu sz k a . J. Osadnik
< 1,50 1,51 -2 ,0 0 2,01 -2.50 2,51 -3 .00 3,01 -3,50
W ysokość ściany [m]
3,51 -4 .0 0 4,01 -4,50
Rys. 2. L iczba m echanizm ów posuw u w poszczególnych przedziałach w ysokości ścian
4 - 8 8 - 1 2 1 2 - 1 6
N achylen ie podłużne [stopnie]
1 6 - 2 0
Rys. 3. L iczba m echanizm ów posuw u w poszczególnych przedziałach nachylenia podłużnego ścian
W pełnym zakresie zm ienności długości, wysokości i nachylenia podłużnego ścian zn ajd u ją zastosow anie w yłącznie bezcięgnow e m echanizm y posuw u EIC O TR A CK (2BP).
Zarów no m echanizm y POLTRA K (B/2B ), ja k i DYNATRA C (2D) pracują głównie
Analiza w aru n k ó w e k sp lo atacji 251
w ścianach, których długość i nachylenie podłużne m ieszczą się w przedziałach o małych i średnich w artościach, zaś wysokość w przedziałach o średnich w artościach.
Kombajny ścianow e w spółdziałające z m echanizm em posuwu POLTRA K (B/2B) m ają sumaryczną m oc zainstalow aną m ieszczącą się w przedziałach od 301 kW do 500 kW (rys.4).
Podobnie sum aryczna moc kom bajnów wyposażonych w m echanizm y posuw u DYNATRAC (2D) najczęściej nie przekracza 500 kW. N a 36 kom bajnów o mocy sumarycznej przekraczającej 500 kW, które pracowały w styczniu 2002 roku, tylko dw a w spółdziałały z mechanizmami 2D, pozostałe zaś z m echanizm am i 2BP. M oc z zakresu od 301 kW do 500 kW posiada ponad 65% wszystkich użytkowanych kom bajnów , a średnia wartość zainstalowanej w kom bajnach m ocy wynosząca 456 kW rów nież należy do tego zakresu.
Sumaryczna m oc kom bajnu zależy przy tym wyraźnie od wysokości ściany (rys.5), chociaż ze względu na d u żą różnorodność w arunków eksploatacji kom bajnów rozpiętość tego parametru je s t znaczna. Podobnie je s t z m ocą zainstalow aną do napędu organów urabiających (rys.6), której średnia w artość wynosi 382 kW.
Moc kom bajnu [kW]
Rys. 4. L iczba m echanizm ów posuw u w poszczególnych przedziałach m ocy kombajnu
Moc organówurabiających[kW]
252 P. Sobota. T. G iza, P. C h elu szk a, J. Osadnik
Wysokość ściany [m]
Rys. 5. Z ależność m ocy sum arycznej kom bajnu od w ysokości ściany
W ysokość ściany [m]
Rys. 6. Z ależność m ocy organów urabiających kom bajnu od w ysokości ściany
Analiza w aru n k ó w e k sp lo atacji 253
3. Warunki eksploatacji mechanizmów posuwu w ścianach wysoko wydajnych
W analizie w arunków eksploatacji m echanizm ów posuw u w yodrębniono grupę ścian wysoko w ydajnych o w ydobyciu dobowym brutto przekraczającym 5000 ton/dobę. Średnie wartości param etrów geom etrycznych ścian oraz param etrów technicznych kombajnów ścianowych stosow anych w ścianach wysoko w ydajnych porównano z odpowiadającym i im parametrami w drugiej grupie pozostałych ścian (tablica 1). Przeciętna ściana z grupy ścian wysoko w ydajnych je st o 30 m dłuższa i 28 cm w yższa od średniej ściany z drugiej grupy.
Kombajn ścianow y, którego dobowe w ydobycie brutto przekracza 5 tys. ton, ma zainstalowaną w iększą moc sum aryczną o ponad 70 kW i o tyle samo w iększą moc napędu organów urabiających od swojego odpowiednika w drugiej grupie ścian. Średnia m oc napędu ciągnika jest w obydw óch grupach kom bajnów bardzo zbliżona, a siła uciągu je st w grupie ścian wysoko w ydajnych zaledw ie o 6% większa.
Tablica I Średnie w artości param etrów w grupach ścian o w ydobyciu dobow ym brutto poniżej ______________________________i powyżej 5 tys. t/d ____________________________
Param etr W ydobycie brutto < 5000[t/d] W ydobycie brutto > 5000[t/d]
Długość ściany [m] 214 244
Wysokość ściany [m] 2,46 2,74
Nachylenie podł. [stopnie] 6,9 8,2
Moc kom bajnu [kW] 444 518
Moc organów ur. [kW] 371 442
Moc ciągnika [kW] 68 69
Siła uciągu [kN] 472 499
Wśród 25 kom bajnów pracujących w ścianach wysoko w ydajnych o wydobyciu dobowym brutto przekraczającym 5000 ton, aż 9 w yposażonych było w ciągniki elektryczne, co stanowi 36% kom bajnów tej grupy. Udział ciągników elektrycznych w grupie pozostałych kombajnów je s t m niejszy od 15%. We w szystkich ścianach zaliczonych do grupy wysoko wydajnych kom bajny w spółdziałały z bezcięgnowymi m echanizm am i posuw u typu EICOTRACK (2BP). N ajw yższe wydobycie dobow e w ścianie w yposażonej w mechanizm posuwu D Y NA TRA C (2D) w ynosiło 4340 ton, zaś w ścianie z m echanizm em POLTRAK (B) 3174 tony.
254 P. S o b o ta, T. G iza, P. C h elu szk a, J. Osadnik
4. Podsum ow anie
Spośród 166 ścian czynnych w styczniu 2002 roku w polskim górnictwie węgla kam iennego zdecydow ana w iększość w yposażona była w kom bajny współdziałające z bezcięgnow ym i m echanizm am i posuw u EICOTRACK (2BP), w które wyposażono aż 141 ścian. M echanizm PO LTR A K (B / 2B) zastosowano w 13. ścianach, zaś DYNATRAC (2D) w 12 ścianach. W pełnym zakresie zm ienności długości, wysokości i nachylenia podłużnego ścian znajdują zastosow anie w yłącznie m echanizm y posuw u EIC O TR A CK . Zarówno m echanizm y P O LTR A K , ja k i DY NA TRA C pracują głów nie w ścianach, których długość i nachylenie podłużne m ieszczą się w przedziałach o m ałych i średnich wartościach, zaś w ysokość w przedziałach o średnich w artościach.
N a 36 kom bajnów o m ocy sum arycznej przekraczającej 500 kW , które pracowały w styczniu 2002 roku, tylko dw a w spółdziałały z m echanizm am i 2D, pozostałe zaś z m echanizm am i 2BP. M oc z zakresu od 301 kW do 500 kW posiada ponad 65% wszystkich użytkowanych kom bajnów , a średnia wartość zainstalowanej w kom bajnach m ocy wynosząca 456 kW rów nież należy do tego zakresu.
W śród 25 kom bajnów pracujących w ścianach wysoko w ydajnych o wydobyciu dobow ym brutto przekraczającym 5000 ton, aż 9 w yposażonych było w ciągniki elektryczne, co stanow i 36% kom bajnów tej grupy. W e w szystkich ścianach zaliczonych do grupy wysoko w ydajnych kom bajny w spółdziałały z m echanizm am i posuw u typu EIC O TR A C K (2BP).
LITER A TU RA
1. Dolipski M ., G iza T., Osadnik J., Puchała W., Sobota P., 1985: Wyznaczenie przem ieszczeń punktów m ocow ania segm entów zębatki bezcięgnow ego mechanizmu posuw u kom bajnu ścianow ego system u POLTRAK. Zeszyty N aukow e Politechniki Śląskiej, s.G óm ictw o z. 130. Gliwice.
2. Sikora W ., G iza T., Sobota P., Osadnik J., 2002: M echanizm y posuw u kombajnów ścianow ych stosow ane w polskim górnictwie w ęgla kam iennego. II Międzynarodowa K onferencja „Techniki U rabiania 2002” . K raków - Krynica.
Recenzent: Prof. dr inż. W łodzim ierz Sikora
Analiza w aru n k ó w e k sp lo atacji 255
A b stract
As the concentration o f extraction o f hard coal on longwall faces is steadily increasing, it is necessary to introduce coal shearers the technical param eters o f w hich are enhanced and improved. O ver the last ten years, powers installed in cutting system s and in haulage ones as well as m asses o f shearers increased to a considerable degree. It is a task o f the haulage system com posed o f a traction unit and o f a chainless haulage to displace a coal shearer along a longwall face, w ith the shearer being moved over an arm oured face conveyor at a proper haulage speed. R egulation o f the shearer's haulage speed is effected hydraulically (hydraulic traction units) or electrically (electrical traction units) within the traction unit w hich is driven by an electric m otor. The chainless haulage transm its the haulage pull from a drive sprocket of the traction unit to elem ents o f a rack which is fastened to the arm oured face conveyor along the w hole length o f the face. Then the haulage pull is transm itted to the floor as a friction force. Longw all shearers, that are in use in Polish coal m ines, cooperate with haulage systems o f the PO LTR A K type provided with one (B) or two (2B) drive sprockets, o f the EICOTRACK type provided w ith two (2BP) drive sprockets or o f the DYNATRAC type characterized by tw o (2D) drive sprockets. The analysis covered operating conditions o f haulage system s on all 166 Polish longwall faces that were active in January 2002. A portion of particular types o f haulage system s being in use in corresponding ranges o f length, height and longitudinal inclination o f longwall faces have been taken into consideration. Operating conditions o f electric and hydraulic traction units as well as perform ances obtained by the shearers equipped w ith these units have been analyzed. A special attention was paid to longwall faces the gross daily output o f which w as in excess o f 5000 tonnes per day.
