Wpływ stanu obciążenia kombajnu ścianowego dużej mocy na możliwość uzyskania wysokiej koncentracji wydobycia

(1)

NAUKOWE

POLITECHNIKI

ŚLĄSKIEJ ^ /

£ ³ ⁵ ⁵ ^{^} ⁸ ⁹

Marek JASZCZUK

W pływ stanu obciążenia

kombajnu ścianowego dużej mocy na możliwość uzyskania

wysokiej koncentracji wydobycia

G Ó R N IC TW O

z. 240

GLIWICE

1999

(2)

ZESZYTY NAUKOWE Nr 1406

№

Marek JASZCZUR

WPŁYW STANU OBCIĄŻENIA

KOMBAJNU ŚCIANOWEGO DUŻEJ MOCY NA MOŻLIWOŚĆ UZYSKANIA

WYSOKIEJ KONCENTRACJI WYDOBYCIA

Gliwice 1999

(3)

Prof. dr hab. inż. Zbigniew Korzeń

KOLEGIUM REDAKCYJNE

REDAKTOR NACZELNY — Prof. dr hab. Zygmunt Kleszczewski REDAKTOR DZIAŁU — Dr. hab. inż. Franciszek Plewa -

Profesor Politechniki Śląskiej SEKRETARZ REDAKCJI — Mgr Elżbieta Lesko

REDAKCJA

Mgr Aleksandra Klobuszowska

REDAKCJA TECHNICZNA Alicja Nowacka

Wydano za zgodą Rektora Politechniki Śląskiej

PL ISSN 0372 - 9508

Wydawnictwo Politechniki Śląskiej ul. Akademicka 5, 44-100 Gliwice

N a k l. 1 1 0 + 8 3 A r k . w y d . 13,5 A r k . d r u k . 9 ,3 7 5 P a p ie r o f fs e t , kl. I I I 7 0 x 1 0 0 , 8 0 g O d d a n o d o d r u k u 1 5 .0 1 .1 9 9 9 r. P o d p is, d o d r u k u 1 5 .0 1 .1 9 9 9 r. D r u k u k o ń cz , w s ty c z n iu 1 9 9 9 r.

F o to k o p ie , d r u k i o p r a w ę w y k o n a ł „ R O L E K ” , G liw ic e , ul. K a z im ie r z a W ie lk ie g o 4

SPIS TREŚCI

W y k a z w a ż n ie j s z y c h o z n a c z e ń 7

1. W s t ę p

2. U z a s a d n ie n ie c e lo w o ś c i p o d j ę c ia te m a t u , c e le p o z n a w c z e p r a c y 13 3. S t u d iu m id e n t y f ik a c j i w p ły w u w y b r a n y c h c z y n n ik ó w n a s ta n z e w n ę t r z n e g o

o b c ią ż e n ia k o m b a j n u ś c ia n o w e g o d u ż e j m o c y ' 9

3 .1 . M e to d y k a z a s to s o w a n e g o p o stęp o w a n ia b a d a w c z e g o 2 0 3 .2 . B a d a n ia ek sp lo a ta c y jn e k o m b a jn ó w śc ia n o w y c h dużej m o c y 25 3 .3 . A n a liz a w p ły w u p rzeb ieg u p ro cesu ła d o w a n ia urobku na stanu z ew n ętr z n e g o

o b c ią ż e n ia kom b ajn u 28

3 .4 Id en ty fik a cja stanu z e w n ę tr z n e g o o b c ią że n ia kom bajnu w ró żn y ch w arunkach

e k sp lo a ta c y jn y c h 60

3 .5. P o d s u m o w a n ie i w n io s k i s z c z e g ó ło w e 85

4 . A n a liz a m o ż liw o ś c i u z y s k a n ia w y s o k ie j k o n c e n t r a c ji w y d o b y c ia 87 4 .1 M o d e l te o re ty cz n y p r zeb ieg u p ro c esu p ro d u k cy jn eg o w przod k u ścia n o w y m 87 4 .2 . A n a liz a w p ły w u w y b ra n y ch c z y n n ik ó w na m o ż liw o ś ć u z y sk a n ia w y so k iej

k o n ce n tra cji w y d o b y c ia z e ścia n y 90

4 .3 . P o d su m o w a n ie i w n io s k i 100

5 . O c e n a p r a w id ło w o ś c i d o b o r u k o m b a j n u d o w a r u n k ó w e k s p lo a t a c y j n y c h 102 5 .1 . T eo re ty cz n o -e k sp e ry m e n ta ln y m o d e l e n e rg o c h ło n n o śc i p ro c esu urabian ia skał

w ę g lo w y c h k o m b a jn em śc ia n o w y m 1 ° 2

5 .2 . K ryteria p r a w id ło w o ś ci doboru kom bajnu d o w a ru n k ó w ek sp lo a ta cy jn y ch 110

5 .3 . W n io sk i m

6 . M o d e l t e o r e t y c z n y p r o c e s u ła d o w a n ia u r o b k u w ę g ło w e g o p r z e z k o m b a jn ś c ia n o w y 113

6 .1. Ł a d o w a n ie urobku organem w yp rzed zającym 114

6 .2 . Ł a d o w a n ie urobk u organ em ty ln y m 115

6 .3 . P o d su m o w a n ie 120

7 . A n a liz a m o ż liw o ś c i p r e d y k c ji m o c y p o b ie r a n e j p r z e z k o m b a jn ś c ia n o w y 121 7 .1 . W e ry fik a c ja i m o d y fik a cja m o d e lu o p r a c o w a n e g o w M itsu i M iik e M ach in ery

C o .,L td . 121

7 .2 . U s ta le n ie d o d a tk o w y ch c z y n n ik ó w w p ły w a ją c y c h na p o b ó r m o c y 123 7 .2 .1 . K o rek ta siły sk raw ania w y n ik a ją ca z e z m ie n n o śc i relacji gru b ości

sk raw u i p o d zia łk i sk raw ania 124

7 .2 .2 . K o rek ta w y n ik a ją ca z u w z g lę d n ie n ia z ja w isk a od spajan ia naroży p o 

kład u 129

(4)

7 .2 .3 . Z m n ie js z e n ie o b c ią że n ia o r g a n ó w urabiających w w y n ik u łą c z n e g o u w z g lę d n ie n ia z ja w isk a od sp ajan ia naroży p ok ładu oraz z m ie n n o śc i

relacji g r u b o ś c i sk raw u i p o d zia łk i sk raw ania 131

7 .2 .4 U w z g lę d n ie n ie o p o r ó w z w ią za n y ch z ła d o w a n iem u robk u 133

7 .3 . P o d s u m o w a n ie 135

8 . W n io s k i i u w a g i k o ń c o w e 136

L it e r a t u r a 141

S t r e s z c z e n ie

146

4. A n a ly s is o f t h e f e a s ib ility o f h ig h c o n c e n t r a t io n o f e x tr a c tio n 87 4 .1. A th eo retica l m o d el o f a prod u ction p r o c ess c o u rse o n a lo n g w a ll fa c e 87 4 .2 . A n a ly s is o f th e e ffe c t o f se le c te d fa cto rs o n th e fe a sib ility o f h ig h co n cen tra 

tio n o f extraction o n a lo n g w a ll fa c e 90

4 .3 . R e ca p itu la tio n and c o n c lu sio n s 100

5 . A s s e s s m e n t o f t h e s e le c tio n o f a s h e a r e r a c c o r d in g to o p e r a t in g c o n d it io n s in 102 r e s p e c t o f its c o r r e c t n e s s

5 .1 . A th eo retica l and ex p erim en ta l m o d e l o f s p e c ific en erg y c o n su m p tio n in th e p r o c e s s o f m in in g c o a l-b ea rin g rock b y m ea n s o f a shearer 1 02 5 .2. C riteria for th e correct se lec tio n o f a shearer a cco rd in g to operating c o n d itio n s 110

5 .3 . C o n c lu s io n s H I

6 . A t h e o r e t ic a l m o d e l o f t h e a c tio n o f c u t c o a l lo a d in g w it h a s h e a r e r

113 6 .1. L o a d in g o f cut coal w ith a lead in g cutting drum 114

6 .2 . L o a d in g o f cu t co a l w ith a trailin g cu ttin g drum 115

6 .3 . R e ca p itu la tio n 120

7 . A n a ly s is o f t h e p o s s ib le p r e d ic tio n o f p o w e r c o n s u m p t io n o f a s h e a r e r 121 7 .1 . V e r ific a tio n and m o d ifica tio n o f th e m o d e l d e v e lo p e d at th e M itsu i M iik e M a 

c h in e ry C o.,L td . 121

7 .2 . D e ter m in in g o f add ition al fa cto rs in flu e n c in g th e p o w er co n su m p tio n 123

(5)

7 .2 .1 . C o r re c tio n o f th e cu ttin g fo r c e as a resu lt o f v a r y in g ratio o f a cu t depth

t o cu ttin g p itc h 124

7 .2 .2 . C o rrec tio n as a result o f tak in g th e p h en o m en o n o f sp a llin g o f th e sea m

c o m e r s into acco u n t 129

7 .2 .3 . R e d u ctio n o f cutting drum s load du e to ta k in g th e p h e n o m en o n o f sp a llin g o f th e sea m corn ers to g e th er w ith v a r y in g ra tio o f a cu t depth

t o cu ttin g p itc h in to ac co u n t 13 1

7 .2 .4 . T a k in g o f resista n c e in v o lv e d in cut coal lo a d in g in to a cco u n t 133

7 .3 . R e ca p itu la tio n 135

8 . C o n c lu s io n s a n d f in a l r e m a r k s 136

R e f e r e n c e s 141

A b s t r a c t 148

WYKAZ OZNACZEŃ

a ’ - w s p ó łc z y n n ik skraw ania s to s o w a n y w m o d elu M itsu i M iik e M a ch in er y C o .,

Ltd.

a„ - w sk a ź n ik a p r z e s ło n ię c ia organ u u rabiającego rynnam i p rzen ośn ik a, A - w y s o k o ś ć p ryzm y urobk u i w a r stw y w ę g la p rzy sp ągu w y ro b isk a , b - s z e r o k o ść płata ślim aka,

b„ - s z e r o k o ść k ra w ęd zi tnącej n o ż a [m m ],*

c - w s p ó łc z y n n ik z w ię k s z e n ia w o ln e j p rzestrzen i organu urab iającego, C - w y s o k o ś ć p ry zm y urobk u p o z o s ta w io n e g o na spągu,

d - śred n ica ze w n ętr z n a p o w ło k i p ła sz c za p ia sty organu urabiającego,

D - śred n ica zew n ę tr z n a organu u rab iającego z u w zg lę d n ie n iem d łu g o ści n o ż y w y  sta ją cy ch z u c h w y tó w [m ],*

Ef

- w sk a źn ik e n e rg o c h ło n n o śc i p ro cesu urabian ia sk ał w ę g lo w y c h kom bajnem ś c ia n o w y m ,

Ei - e n e r g o c h ło n n o ść p r o cesu urabiania sk ał w ę g lo w y c h k om b ajn em śc ia n o w y m w i- t y m p r z ed zia le p r ęd k o ści p o su w u ,

f t - c z ę s to ś ć w y s tę p o w a n ia p ręd k ości p o su w u kom b ajnu w i- t y m p rz ed zia le, F k - w s k a ź n ik k ru ch o ści w ę g la [% ],*

Fo - p o le p o w ie r z c h n i przek roju p o p rz e cz n e g o w olnej przestrzen i organu urabiają

c e g o ,

Fp. - c z ę ś ć p o la p o w ierzch n i przekroju p o p rz e c z n e g o organu u rab iającego p r z esło  n ięta rynnam i przen ośn ik a,

F0,5, Fo,33 - w sk a ź n ik i e fe k ty w n o ś c i p racy kom b ajnu, g - g r u b o ść sk raw u,

gmax - m a k sy m a ln a g r u b o ść skraw u, go - o p ty m a ln a g r u b o ść skraw u, gir - średnia g ru b o ść skraw u,

g l , g 2 - średnia g r u b o ść skraw u na o d cin k a ch drogi sk raw ania n o ż a u rab iającego, o gru

b o ś c i o d p o w ie d n io m n iejszej i w ię k sz e j o d gru b o ści o p tym aln ej, hp - w y s o k o ś ć profilu b o c z n e g o ryn ien p r zen o śn ik a śc ia n o w e g o ,

h i - w y s o k o ś ć p ryzm y u robk u n ie z a ła d o w a n e g o o rgan em w y p rzed za ją cy m , H - w y s o k o ś ć ściany,

(6)

i - lic z b a p ła t ó w ślim ak a,

k - w s p ó łc z y n n ik r o zlu źn ien ia urobku,

kg, kd - w s p ó łc z y n n ik k o rek cy jn y z m ia n y o b c ią ż e n ia u w zg lę d n ia ją c y łą c z n y w p ły w z m ie n n o ś c i g r u b o ś ci skraw u i r z e c z y w is te g o przekroju w a r stw y sk raw anej, kj - w s k a ź n ik u d zia łu o p o r ó w ła d o w a n ia urobku p rzez organ y u rab iające o ra z o p o 

r ó w p r z e m ie s z c z a n ia kom b ajnu ,

ki - w s p ó łc z y n n ik u w z g lę d n ia ją c y z w ię k s z e n ie sz e r o k o śc i o d s ło n ię c ia sw o b o d n ej p o w ie r z c h n i w a r stw y p rz y sp ą g o w ej,

kop - w s p ó łc z y n n ik o k reśla ją cy p o w ie r zc h n ię k on tak tu organ u ty ln e g o z calizn ą, k s - w s p ó łc z y n n ik u w z g lę d n ia ją c y r z e c z y w is ty przekrój w a r stw y sk raw anej, k,g, k;d - w s p ó łc z y n n ik z m ia n y o b c ią ż e n ia w w y n ik u od sp a ja n ia g ó r n y c h n a r o ży pok ładu,

o d p o w ie d n io d la o rganu w y p rz e d z a ją c e g o i organ u t y ln e g o , k g - w s k a ź n ik w y k o r z y sta n ia teo rety czn ej w y d a jn o ś c i k om b ajn u ,

k s i, ks2, ks3 - w s p ó łc z y n n ik u w z g lę d n ia ją c y r z e c z y w is ty przekrój w a r stw y sk raw anej w p o s z c z e g ó ln y c h strefach z w ią z a n y c h z g r u b o ś c ią sk raw u,

k w - w s p ó łc z y n n ik z m ia n y o b c ią że n ia w y n ik a ją cy z e z m ie n n o śc i relacji gru b ości sk ra w u i p o d zia łk i sk raw ania,

kzsR ~ w s p ó łc z y n n ik o d s ło n ię c ia przodka,

k i, k2 - w s p ó łc z y n n ik k o r e k c y jn y s iły sk raw an ia, o d p o w ie d n io d la p r z e d zia łó w o gru

b o ś c i sk raw u m n iejszej i w ię k sz e j o d gru b o ści o p ty m a ln ej, k v - w s p ó łc z y n n ik u w z g lę d n ia ją c y w ła s n o ś c i p la sty c z n e w ę g la ,

4 - d łu g o ś ć k om b ajn u z u w z g lę d n ie n ie m śr ed n icy o r g a n ó w urabiających ,

/ /, h - d łu g o ś c i o d c in k ó w drogi sk raw an ia w trak cie je d n e g o obrotu organu urabiają

c e g o , o d p o w ia d a ją c e w y r ó ż n io n y m p rz e d zia ło m g r u b o ś ci skraw u, L - d łu g o ś ć ścia n y ,

m ,m , - lic z b a n o ż y w lin ii skraw ania,

n - lic z b a o b r o tó w organ u u ra b ia ją ceg o [ m i n 1],*

N , - w a rto ść średnia p o b o ru m o c y w i- t y m p r z ed zia le p r ęd k o ści p o s u w u kom bajnu , N - su m a ry c zn a m o c kom b ajn u ,

N g, N4 - m o c sk raw an ia w y z n a c z o n a na p o d sta w ie u le p s z o n e g o m o d elu , o d p o w ie d n io d la o rgan u w y p r z e d z a ją c e g o i organ u ty ln e g o ,

N m. - c a łk o w ita m o c sk raw an ia w y z n a c z o n a na p o d sta w ie z m o d y fik o w a n e g o m o d elu M its u i M iik e M a ch in er y C o .,L td . [k W ],*

N u a , Nm d - m o c sk raw an ia w y z n a c z o n a na p o d s ta w ie z m o d y fik o w a n e g o m o d elu M itsu i M iik e M a c h in er y C o .,L td ., o d p o w ie d n io d la organ u w y p rz e d z a ją c e g o i organu ty ln e g o [k W ],*

p z - w s k a ź n ik u d zia łu o p era cji te c h n o lo g ic z n y c h ,

Q , - m a k sy m a ln a teo rety cz n a w y d a jn o ść kom bajnu , R - s z e r o k o ść ram ienia w y c h y ln e g o kom bajnu,

5 - w y k ła d n ik p o tę g o w y sto so w a n y w m o d elu M itsu i M iik e M a ch in ery C o .,L td ., Si - sk o k płata ślim aka,

S - te o r e ty c z n e p o le przekroju p o p r z e c z n e g o w a r stw y urabianej d an ym organem , topi - o p ty m a ln a p o d zia łk a sk raw ania,

tir ~ średnia p o d zia łk a sk raw ania, lic z o n a ja k o średnia w a ż o n a w s z y s tk ic h p o d zia łek na ta r czy od cin ającej i p łatach ślim aka,

T - d y s p o z y c y jn y c z a s p racy m a sz y n w przodku ,

Tp! - c z a s op eracji p r z y g o to w a w c z o -z a k o ń c z e n io w y c h c y k lu p r o d u k cy jn e g o w ścia

n ie,

u - c a łk o w ita lic z b a n o ż y na o rg a n ie urabiającym , m, - lic z b a n o ż y w danej grupie,

u„ - lic z b a grup n o ż y na o rgan ie u rabiającym , vg, v gd, vgw - g r a n icz n e p r ęd k o ści p o s u w u kom b ajnu , v - p r ę d k o ść p o su w u kom b ajnu [m /m in ],*

v, - w a r to ść średnia p r ęd k o ści p o su w u kom bajnu w i- t y m p r zed zia le p rędk ości, vm, v„ - p r ę d k o ść p o su w u kom b ajnu o d p o w ie d n io w tracie urabiania i ruchu m a n ew ro 

w e g o przy urabianiu jed n o stro n n y m ,

vP, vz - p r ę d k o ś ć p o su w u kom b ajnu o d p o w ie d n io p rzy z w ro c ie p r z ec iw n y m i zg o d n y m z e z w ro te m o d sta w y p rzy u rabian iu dw ustronn ym ,

v rnax - m a k sy m a ln a p ręd k o ść p o s u w u kom b ajnu, V - o b ję to ś ć w o ln ej przestrzen i organu urabiającego, Vd - ilo ś ć u robk u ła d o w a n e g o o rg a n em ty ln y m ,

V„ - ilo ś ć u rob k u , który m o ż e b y ć p rzek a za n y na p r zen o śn ik p o d ram ien iem w y c h y l- n y m kom b ajn u ,

Vu - ilo ś ć u robk u o d s p o jo n eg o o d ca liz n y w trakcie je d n e g o obrotu organu urabiają

c e g o ,

Vz - ilo ś ć urobk u, który u le g a sa m o z a ła d o w a n iu z p ryzm y p o zo sta ją cej na w a rstw ie w ę g la urabianej organ em ty ln y m ,

w - w y k ła d n ik p o tę g o w y s to s o w a n y w m o d elu M itsu i M iik e M a ch in ery C o .,L td ., W - w y s o k o ś ć w a r stw y w ę g la urabianej organ em ty ln y m ,

W q i, W q

2

- w y d o b y c ie d o b o w e u z y sk a n e z e śc ia n y o d p o w ied n io p rzy urabianiu jed n o stro n  n y m i dw u stron n ym ,

z - n o m in a ln a sz e r o k o ść zab ioru organ u urab iającego,

(7)

z e - r z e c z y w is ta s z e r o k o ść zab ioru kom bajnu,

Zo - n o m in a ln a sz e r o k o ś ć zabioru organu u ra b ia ją ceg o p o m n ie jsz o n a o su m ę p o - d z ia łe k n o ż y n a ta r cz y o d cin ającej.

Zp, z z - r z e c z y w is ta s z e r o k o ś ć zab ioru u z y sk a n a o d p o w ie d n io p rzy z w r o c ie urabiania p r z e c iw n y m i z g o d n y m z e z w ro te m o d sta w y ,

oto - k ąt p o c h y le n ia b o c z n e j p o w ie r zc h n i p r y zm y urobk u,

P - kąt śr o d k o w y oparty na łu k u w y z n a c z o n y m p rzez w y s o k o ś ć ryn ien p rzen o śn ik a , y - g ę s t o ś ć w ła ś c iw a w ę g la ,

y, - k ąt n a c h y le n ia lin ii p ła ta ślim aka,

ó - k ąt u sy p u p r y z m y u robk u n ie z a ła d o w a n e g o o rg a n em w y p rz ed za ją c y m ,

A a - s z e r o k o ś ć sa m o c z y n n ie odpadającej w a r stw y w ę g la m ier zo n a p rzy stro p ie w y  ro b isk a [c m ],

A D - o d le g ło ś ć ła d o w a rk i o s ło n o w e j o d k raw ęd zi tn ą c y c h n o ż y urabiających , A g - g r u b o ś c i w a r stw y , która u le g a sa m o z a ła d o w a n iu ,

A S - c z ę ś ć p o la przek roju p o p r z e c z n e g o w a r stw y w ę g la urabianej d a n y m organ em , k tóra o d p o w ia d a s a m o c z y n n ie o d sp o jo n em u n arożu pok ład u ,

A X - p o le przek roju p o p r z e cz n y p r z eś w itu p o m ię d z y r a m ien iem w y c h y ln y m k om b aj

nu, a rynnam i p r z en o śn ik a ś c ia n o w e g o ,

0 - d ro g a k ą to w a płata ślim ak a, w trak cie której u robek je s t p rzek a zy w a n y p o d ra

m ien ie m w y c h y ln y m k om b ajnu , i] - w s k a ź n ik c z y s to ś c i w y b ie r a n ia z ło ż a , t], - w s k a ź n ik sp ra w n o ści te c h n o lo g ii,

p o - w a rto ści kąta n atu raln ego u syp u urobk u w sp o czy n k u , (p - kąt śro d k o w y w y z n a c z a ją c y p o ło ż e n ie n o ża ,

<p0 - k ąt śr o d k o w y o k r eśla ją cy p o ło ż e n ie g r u b o ś ci sk raw u rów n ej g r u b o ś c i o p ty m a l

nej,

<pw - kąt śro d k o w y oparty na łuku o d p o w ia d a ją cem u w y s o k o ś c i w a r stw y urabianej o rg a n em ty ln y m [rad],*

% - kąt usta la ją cy p o ło ż e n ie r am ien ia w y c h y ln e g o kom b ajnu , y/T - sto p ie ń w y k o r z y sta n ia d y s p o z y c y jn e g o c za su p racy m aszyn .

U w a g a : w y m ia r y w ie lk o ś c i z a z n a c z o n y c h g w ia z d k ą d o ty c z ą z a le ż n o ś c i 7.1 i 7 .2 .

1. WSTĘP

Z d a n iem e k sp e r tó w zajm u jących się św ia to w y m g ó rn ictw em , m iern ik iem z m ian k on k u  ren cy jn o ści p r o d u ce n tó w w ę g la k a m ie n n e g o je s t n a c h y le n ie lin ii trendu obrazującej z a le ż n o ś ć ro czn ej p ła c y p rzypadającej na za tru d n io n eg o w g ó r n ictw ie d o w y d a jn o śc i p ra co w n ik a o d  n ie sio n e j d o j e d n e g o roku (rys. 1 .1 ) [5 4 ].

A n a liz a te g o tren du w y k a za ła , ż e u z y sk a n y w P o ls c e p o stę p w za k resie z w ię k s z e n ia w y  d a jn o ści w o k r e sie o sta tn ich o śm iu lat o k a za ł s ię n iew y sta rcza ją cy d la zrek o m p en so w a n ia k o s z tó w r o b o c iz n y , w s k u te k c z e g o n a sz p r z em y sł w ę g lo w y stał s ię z n a c z n ie m niej k on k u  ren cy jn y n a rynku św ia to w y m . P r z y k ła d o w o w latach 1 9 9 0 -H 9 9 4 k o s z ty ro b o c iz n y w zrastały śred n io o o k o ło 2 5 % r o cz n ie , p o d cz a s k ie d y p rzyrost w y d a jn o śc i p racy w u jęciu rocznym w y n ió s ł ty lk o o k o ło 2% [5 4 ].

»> ićo

s '

.a -O1

2 100

90 80 70 60 50 n. 40

l l ³⁰

* £ 20 10 0

■ 1 1

s p a d e k ; ; ; : u tr z V m a n iś KOhKOREŃĆf JNOŚĆJ \ \ POZYCJI ~

--- 1

1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 ^ ' ' '

W i e l k a i --- - i • A u s t r a l i a ' ■

B r y t a j u a 1 /

\ / f ! ! ! ! u sa

/ 1 ^! VzROSt KONKiURENCVlNOSC I

^ P o l s k a --- 1--- ——

...... — >

R e p u b l i k a P o ł u d n i o w e j A f r y k i | | \ ---1---------1--- 1--- 1---—r - 1

10

., W y d a j n o ś ć p r a c y ( x l 0 ł t /p r a c . w r o k u ]

Rys. 1.1. Trendy konkurencyjności producentów węgla kamiennego Fig. 1.1. Competitiveness trends for hard coal producers

D la p o ró w n a n ia , w przypadku g ó rn ictw a U S A i R ep u b lik i P o łu d n io w ej A fiy k i lin ia tren

du p r z eb ie g a p ra w ie p o z io m o , c o o zn a cza , ż e w z r o s t w y d a jn o śc i j e s t w ię k s z y o d w zro stu k o s z t ó w r o b o c iz n y , d zięk i c zem u k o n k u ren cy jn o ść g ó r n ictw a w ę g la k a m ie n n e g o ty ch krajów w zrasta. N a c h y le n ie tej lin ii d o ty czą cej g ó r n ictw a au stra lijsk ieg o w sk a zu je, ż e relacja p o m ię  d z y o b u a n a liz o w a n y m i param etram i u trzym u je s ię tam w o sta tn ich latach m niej w ię ce j na ty m sa m y m p o z io m ie z n ie z n a cz n ą te n d en cją s z y b s z e g o w zro stu w y d a jn o śc i pracy.

K sz ta łto w a n ie się w a rto ści o b u p aram etrów d e c y d u je o k o szta c h r o b o c iz n y przypadają

c y c h na to n ę u z y s k a n e g o w y d o b y c ia , które sta n o w ią je d e n z g łó w n y c h sk ła d n ik ó w k o s z tó w produ kcji to n y w ę g la k a m ien n eg o .

W y d a jn o ść p racy [t/prac. w roku] z a le ż y w z n a c z n y m stopniu o d sy stem u ek sp loatacji, w y k o rz y sta n ia p oten cjału z a sto so w a n y c h m a sz y n i urząd zeń , lic z b y zatru dn ionych i w aru n 

(8)

k ó w g ó r n ic z o -g e o lo g ic z n y c h . P o n ie w a ż z e w z g lę d u na w arun ki z a le g a n ia p o k ła d ó w w P o ls c e p o d s ta w o w y m s y s te m e m ek sp lo a ta cji j e s t s y s te m śc ia n o w y , z w ię k s z e n ie w y d a jn o ś c i m o żn a u z y s k a ć p o p r z e z j e d n o c z e s n y w z r o s t w y d o b y c ia z e ścia n y i z m n ie js z e n ie lic z b y za tru d n io  n ych . S tą d k o n ie c z n o ś c ią staje s ię z d e c y d o w a n a p o p ra w a p rzeb ieg u p r o c e s u p r o d u k c y jn e g o w

ś c ia n ie p r o w a d z ą c a d o z w ię k s z e n ia k o n cen tracji w y d o b y c ia .

2. UZASADNIENIE CELOWOŚCI PODJĘCIA TEMATU, CE

LE POZNAWCZE PRACY

W y m o g i z w ią z a n e z in teg ra cją z krajam i U n ii E u ro p ejsk iej, o tw arcie p o lsk iej g o sp o d a rk i n a św ia t oraz sp rostan ie w a ru n k o m g lo b a ln ej k o n ku ren cji sp raw iły, ż e o g ó ln e c e le reform y g ó r n ictw a w ę g la k a m ie n n e g o w P o ls c e w latach 1998-^2002 z o sta ły sfo rm u ło w a n e następ ują

co:

A. D o s to s o w a n ie p o d m io tó w g o sp o d a r cz y c h w g ó r n ictw ie w ę g la k a m ie n n e g o d o e fek ty w n e  g o e k o n o m ic z n e g o fu n k cjo n o w a n ia w w aru n k ach g o sp o d a rk i rynk ow ej i u trzy m a n ie k o n  k u re n c y jn o ści p o ls k ie g o w ę g la na rynku k rajow ym .

B . Z a sp o k o je n ie d o roku 2 0 1 0 k ra jo w eg o zap o trze b o w a n ia na w ę g ie l k a m ie n n y i e k o n o m ic z  n ie u z a sa d n io n e g o eksp ortu , przy za ch o w a n iu k o n k u ren cy jn o ści w w arun kach ok r eślo n y ch p rz ez U n ię E u ro p ejsk ą oraz przy o tw a rto ści rynku w s z y s tk ic h n o ś n ik ó w energii [3 2 ].

R e a liz a cja c e ló w c z ą s tk o w y c h w latach 1997-^2002 m a w e fe k c ie d o p ro w a d z ić d o w z r o  stu w y d a jn o śc i p racy z 561 d o 8 3 6 t/prac. w roku. S z c z e g ó ło w a a n a liza d an ych za w a rty ch w program ie r zą d o w y m reform y g ó r n ictw a w ę g la k a m ie n n e g o d o w o d z i, ż e je d n y m z p o d sta  w o w y c h w a r u n k ó w jej p o w o d z e n ia je s t u z y sk a n ie w y so k iej kon centracji w y d o b y c ia . W w y  niku p rzep ro w a d zen ia restrukturyzacji: tech n iczn ej, o rganizacyjn ej i zatrudnienia p o d sta w o  w e w s k a ź n ik i te c h n ic z n o -e k o n o m ic z n e p o w in n y o sią g n ą ć w p o s z c z e g ó ln y c h latach w artości p r z ed sta w io n e w tab eli 2 .1 [6 2 ]. P o n a d to p rogn ozu je się o s ią g n ię c ie w roku 2 0 0 5 w y d ajn ości p racy 1 0 0 0 t/prac. w roku i śr ed n ieg o w y d o b y c ia d o b o w e g o z e ścia n y na p o z io m ie 4 3 0 0 1.

T abela 2.1 Prognoza podstawowych wskaźników techniczno-ekonomicznych

L ata

W y d o b y c ie [m in to n ]

Z atru d n ien ie [tys. prac ]

W y d a jn o ść pracy [t/prac. w roku]

L iczb a ścia n

W y d o b y cie z e ścia n y

[t/d]

1 9 9 8 121 2 3 5 ‘ 515 ' 2 43 2 0 0 8

1 9 9 9 117 2 0 0 585 2 03 2 3 0 0

2 0 0 0 114 171 6 6 6 163 2 8 0 0

2 0 0 1 113 148 7 6 4 137 3 3 0 0

2 0 0 2 112 134 8 3 6 118 3 8 0 0

B io r ą c p o d u w a g ę rozw ój w y s o k ie j kon cen tracji produ kcji w g ó r n ictw ie ś w ia to w y m i k ra jo w y m W . S ik ora z d e fin io w a ł p o ję c ie ścia n y o w y s o k ie j k o n cen tracji w y d o b y c ia w per

sp e k ty w ie rok u 2 0 0 0 ja k o p rzod k a o produkcji śred n io d o b o w ej w sk ali m ie s ią c a rów nej c o najm niej 5 0 0 0 to n i o siągającej w y d o b y c ie s z c z y to w e na p o z io m ie 12 0 0 0 t/d [6 5 ].

P rzyjęta w a rto ść śr ed n ieg o w y d o b y c ia d o b o w e g o w p ełni o d z w ie r c ie d la p otrzeb y w y n i

k a ją c e z program u reform y g ó r n ictw a w ę g la k a m ie n n e g o w P o ls c e w latach 1 9 9 8 + 2 0 0 2 . U z y s k a n ie tak d u ż e g o w y d o b y c ia z e ścia n y u z a le ż n io n e j e s t o d w ie lu , c z ę sto w z a jem n ie p o w ią z a n y c h , c z y n n ik ó w natury g ó rn iczej, tech n iczn ej i organ izacyjn ej [2 5 ]. N a jw a żn ie jsz e z n ic h to:

- d y s p o n o w a n ie o d p o w ie d n ią z e w z g lę d u na w arunki naturalne partią z ło ża , - w ła ś c iw e z a p ro jek to w a n ie sy stem u ek sp lo a ta cji,

(9)

- d y s p o n o w a n ie o d p o w ie d n im w y p o s a ż e n ie m te ch n icz n y m ,

- w y k o r z y s ta n ie p o te n c ja ln y c h m o ż liw o ś c i te ch n ic z n y c h m a sz y n w d a n y ch w arun kach, - e fe k ty w n y c z a s p racy m a sz y n w przodku ,

- u z y s k a n ie w y m a g a n e g o p o s tę p u robót p r z y g o to w a w c zy c h .

W a ru n k iem p o d s ta w o w y m u z y sk a n ia w y s o k ie j k on cen tracji w y d o b y c ia w śc ia n ie je s t d y s p o n o w a n ie o d p o w ie d n ią partią z ło ż a . W e d łu g sp e c ja lis tó w fran cu sk ich [1 4 ], u zy sk a n ie w y s o k ie j k o n cen tra c ji w y d o b y c ia j e s t m o ż liw e w p o k ła d z ie gru b y m n ie m eta n o w y m , e k s p lo  a to w a n y m na je d n ą w a r stw ę, z a le g a ją cy m na g łę b o k o ś c i d o 5 0 0 m , b e z zab u rzeń te k to n ic z  n y ch , p rzy k o r z y stn y c h sk a ła c h o ta c za ją c y ch p ok ład i n a c h y le n iu n ie p rzek raczającym 10°.

Is tn ieje d u ża z g o d n o ś ć c o d o t e g o , ż e n a jk o rzy stn iejszy za k res w y s o k o ś c i śc ia n m ie ś c i s ię w g ra n ica ch o d 1,7 d o 4 ,5 m. D o ś w ia d c z e n ia g ó r n ictw a a u stra lijsk ieg o z k o ń ca lat o s ie m d z ie  sią ty c h w y k a z a ły , ż e z w ię k s z e n ie w y d a jn o śc i m a sz y n je s t m o ż liw e w p o k ła d a ch o gru b ości 3 ,0 + 3 ,5 m lub w ię k s z e j, p rzy c z y m z a g ó r n ą g r a n icę p rzy jm u je s ię 4 ,3 + 4 ,5 m. W p o z o sta ły m z a k r es ie w y s o k o ś c i śc ia n z n a c z n y w z r o s t w y d o b y c ia m o żn a u z y s k a ć g łó w n ie p rzez z w ię k  s z e n ie c z a s u p ra cy m a sz y n w p rzo d k u [1 5 ]. W g ó r n ictw ie am e ry k a ń sk im n atom iast z w ię k  s z e n ie w y d o b y c ia i w y d a jn o śc i p rz y p isu je s ię n o w ej ge n era cji m a sz y n g ó r n ic z y c h , a n a jle p sz e w y n ik i p r o d u k c y jn e u z y sk u je s ię w śc ia n a c h o w y s o k o ś c i 1 ,7 + 3 ,7 m [6].

N a s tę p n y m n ie z w y k le w a ż n y m c z y n n ik ie m je s t p r a w id ło w e za p ro jek to w a n ie sy stem u ek sp lo a ta cji. J e g o d o b ó r je s t u w a ru n k o w a n y w a ru n k am i g ó r n ic z o -g e o lo g ic z n y m i, d o ty c h c z a s p r o w a d zo n ą ek sp lo a ta c ją o ra z o c h r o n ą p o w ierzch n i przed sz k o d a m i g ó r n icz y m i [2 5 , 6 3 ]. W w y n ik u p o c z y n io n y c h u sta le ń o k reśla się s p o só b k iero w a n ia strop em o ra z strukturę r o zc ię c ia z ło ż a , k tóra d eterm in u je n a stęp u ją ce isto tn e param etry ściany: w y s o k o ś ć , d łu g o ść , w y b ie g i n a c h y le n ie.

G en er a ln ie przyjm u je s ię , ż e z w ię k s z e n ie d łu g o śc i śc ia n y sp rzyja u z y sk a n iu w y s o k iej k o n cen tra cji w y d o b y c ia [3 0 ,5 0 , 5 4 , 6 3 ]. P o z a ty m w r a z z e w z r o s te m d łu g o ś c i śc ia n y z m n iej

sza s ię w a r to ść w s k a ź n ik a n a tężen ia ro b ó t p r z y g o to w a w c z y c h . W z a le ż n o ś c i o d k o s z tó w drą

żen ia i u trzy m a n ia c h o d n ik ó w oraz z a s to s o w a n e g o w y p o s a ż e n ia śc ia n y m o ż n a u sta lić o p ty  m a ln ą d łu g o ś ć śc ia n y z e w z g lę d u na k ryteria m in im u m k o s z t ó w z w ią z a n y c h z p o w y że j w y  m ie n io n y m i czy n n ik a m i [2 2 , 5 2 , 5 3 ].

In n y m isto tn y m c z y n n ik iem z w ią z a n y m z sy s tem e m ek sp lo a ta cji je s t w c z e ś n ie js z e dobre r o ze zn a n ie z ło ż a , c z e m u sp rzy ja p r o w a d ze n ie śc ia n o d p ola. W arian t ten stał się d o m in u ją cy w g ó r n ic tw ie ś w ia to w y m [7 ]. W śród k o rzy śc i w y n ik a ją c y c h z e sto s o w a n ia ek sp lo a ta cji o d p o la w y m ie n ia się ponadto: o b n iż e n ie tem peratury, o d g a z o w a n ie z ło ż a w z d łu ż ch o d n ik ó w , o d d z ie le n ie ro b ó t p r z y g o to w a w c z y c h o d ek sp lo a ta cy jn y ch . P o z a ty m u p r o s z c z o n e s ą o p eracje te c h n o lo g ic z n e w rejon ie sk r z y ż o w a n ia śc ia n a -c h o d n ik z w ią z a n e z z a b e z p ie c z e n ie m stropu i u trzy m a n iem ch o d n ik a p o p rzejściu frontu ś c ia n o w e g o .

N ie s te ty , w arun ki natu ralne z a le g a n ia p o k ła d ó w w P o ls c e sta n o w ią z n a c z n e o g r a n icz en ie w z ro stu k on cen tracji w y d o b y c ia . D o n a jw a ż n ie jsz y ch z n ic h należą:

• g r u b o ś ć pok ład u ,

• n a c h y le n ie pok ład u ,

• m ik ro tek to n ik a z ło ż a ,

• z a g r o ż e n ie tąp an iam i,

• z a g r o ż e n ie m e ta n o w e ,

• u ra b ia ln o ść w ę g la w p o k ła d zie.

P o z a ty m z e struktury w ie k o w e j n a s z y c h k o p a lń w y n ik a ją n ie k o r zy s tn e w arun ki r o z c ię c ia z ło ż a . O g r a n ic z o n e s ą b o w ie m m o ż liw o ś c i u z y sk a n ia w y b ie g ó w p o w y że j 1 0 0 0 m oraz d łu g o 

ści ścian w przedziale 2 5 0 + 3 0 0 m. Stw arza to konieczność częstej relokacji wyposażenia technicznego ścian, której czas zależy od systemu transportu i pom ocniczych środków tech

nicznych będących w dyspozycji kopalni [3 3 , 6 7 ]. Kolejne utrudnienie w ynika z w ym ogów ochrony pow ierzchni przed szkodami górniczymi.

O gólnie udział poszczególnych czynników ograniczających przedstaw ia się następująco:

• w pokładach cienkich o grubości do 1,5 m zalega blisko 40% zasobów,

• około 5 0 % wydobycia pochodzi z pokładów zagrożonych tąpaniam i, 3 0 % uzyskuje się z pokładów o III stopniu zagrożenia,

• około 7 0 % w ydobycia pochodzi z pokładów zagrożonych metanem,

• ponad 60% pokładów w ęgla zaklasyfikowanych je st jako trudno i bardzo trudno ura

bialne, co rzutuje n a m oce kom bajnów ścianowych,

• około 50% zasobów zalega pod obiektam i na powierzchni.

W zw iązku z tym podejm uje się różnorakie działania polegające między innymi na:

• ograniczaniu w ydobycia z pokładów cienkich,

• zm niejszaniu w ydobycia z pokładów wym agających stosowania podsadzki (w 19 7 0 r.

50% w ydobycia pochodziło ze ścian podsadzkowych, obecnie około 12% ),

• ograniczaniu w ydobycia w pokładach o najwyższym stopniu zagrożenia tąpaniami oraz silnie zam etanowanych,

• w prow adzaniu kom bajnów o coraz wyższej mocy.

D ziałania te pozwoliły na zdecydow any w zrost koncentracji produkcji w ostatnich latach, jednakże przy znacznym zm niejszeniu bazy zasobowej [5 0 , 6 3 ].

B iorąc pod uw agę przedstaw ione powyżej uw arunkow ania, zauważamy, ja k dużego znaczenia nabiera problem w ykorzystania potencjalnych m ożliw ości technicznych kombajnu ścianow ego w warunkach danego przodka. O graniczenie liczby ścian, w których istnieją wa

runki sprzyjające uzyskaniu dużego wydobycia, wym usza podjęcie przedsięwzięć mających na celu zw iększenie produktyw ności kom bajnów ścianowych.

P orów nanie w artości w ydobycia dobow ego w arunkujących pow odzenie reform y pol

skiego górnictw a w ęgla kam iennego (tabela 2. 1) z wynikami produkcyjnym i ścian, w których zastosow ano kom bajny dużej mocy [6 3 ] w ykazało, że w roku 1 9 9 7 w 35% ścian w yposażo

nych w kom bajny tej grupy nie osiągnięto poziomu wydobycia 2000 t/d, a więc wynikającej z założeń reform y w artości średniego wydobycia w roku 1998. Poziom w ydobycia 3 0 0 0 t/d, niezbędny do osiągnięcia po roku 2 0 0 0 , przekroczono tylko w 37% ścian z kom bajnam i o mocy równej lub większej od 5 0 0 kW, natom iast w ydobycie dobow e w iększe od 5 0 0 0 t już tylko w 3,5 % ścian.

U dział liczby ścian w yposażonych w kom bajny dużej mocy w liczbie ścian o wydobyciu m ieszczącym się w poszczególnych przedziałach o rozstępie 1000 t/d przedstaw ia się nastę

pująco:

< 1 0 0 0 t/d - 8,8%

1 0 0 1 + 2 0 0 0 t/d - 16,3%

2 0 0 1 + 3 0 0 0 t/d - 23 ,5 % 3 0 0 1 + 4 0 0 0 t/d - 63,6%

4 0 0 1 + 5 0 0 0 t/d - 62,5%

> 5 0 0 0 t/d - 66,7%

S ta n o w ią o n e z a tem w ię k s z o ś ć w g ru p ie śc ia n o w y d o b y c iu w ię k s z y m o d 3 0 0 0 t/d , le c z je d n o c z e ś n ie zn ajd u ją s ię w gru p ie ścia n o n a jm n ie jszy m w y d o b y c iu . Ś w ia d cz y to o bardzo d u ży m z r ó ż n ico w a n iu w y n ik ó w p ro d u k cy jn y ch u z y sk iw a n y c h p rz ez k om b ajn y tej grupy.

(10)

P o n ie w a ż lic z b a k o m b a jn ó w dużej m o c y w ostatn ich 5 latach g w a łto w n ie w z ro s ła [6 3 ], e f e k ty w n o ś ć ic h w y k o r z y sta n ia b ę d z ie d e c y d o w a ła o średnim w y d o b y c iu d o b o w y m u z y sk i

w a n y m w p o ls k im g ó r n ic tw ie w ę g la k a m ie n n e g o [6 4 ]. Z a p e w n ie n ie za tem le p s z e g o w y k o  rzy sta n ia k o m b a jn ó w tej gru p y w w a ru n k ach p o lsk ich k o p a lń w ę g la k a m ie n n e g o je s t bardzo w a ż k im p r o b le m em z p u n k tu w id z e n ia p o p ra w y stanu p o ls k ie g o g órn ictw a.

B a r d z o isto tn y w p ły w na w y k o rz y sta n ie p o ten cja ln y ch m o ż liw o ś c i te c h n ic z n y c h kom b aj

nu ś c ia n o w e g o m a p r a w id ło w e z a p ro jek to w a n ie sy stem u m e c h a n iza c y jn e g o , o b ejm u ją ce ca  ło k sz ta łt z a g a d n ie ń z w ią z a n y c h z ro ze zn a n ie m w a r u n k ó w g ó r n ic z o -g e o lo g ic z n y c h , w y b o rem s y s te m u e k sp lo a ta c ji i d o b o re m w y p o s a ż e n ia te c h n ic z n e g o . D o b ó r kom b ajn u śc ia n o w e g o , k tóry j e s t je d n y m z p o d sta w o w y c h e le m e n tó w w y p o s a ż e n ia te c h n ic z n e g o ś c ia n o w e g o s y s

tem u m e c h a n iz a c y jn e g o , sta n o w i p e w ie n w y c in e k t e g o z ło ż o n e g o p ro cesu , p o le g a ją c e g o na d o b o r z e istn ie ją c y c h śr o d k ó w te c h n ic z n y c h i fo rm o rg a n iza cji produ kcji d o realizacji o k re

ś lo n e g o c elu te c h n ic z n e g o , c o sta n o w i d z ie d z in ę d zia ła ń in ż y n ier sk ic h n a le ż ą c ą d o p rojek to

w a n ia k o m p ila c y jn e g o

P r a w id ło w y d o b ó r kom b ajnu w y m a g a rozp atrzen ia w s z y s tk ic h u w a ru n k o w a ń z w ią za n y ch z p racą kom b ajn u w o k r e ślo n y c h w aru n k ach g ó r n ic z o -g e o lo g ic z n y c h i g ó m ic z o -te c h n ic z n y c h d a n e g o p r z o d k a o ra z w y n ik a ją cy c h z p o w ią z a n ia fu n k c jo n a ln e g o i w s p ó łz a le ż n o ś c i param e

tr ó w te c h n ic z n y c h p o d s ta w o w y c h m a sz y n tw o r z ą c y c h k o m p le k s m ech a n iza cy jn y . W rezu lta

c ie p r z e p r o w a d z o n y c h d z ia ła ń ob ejm u jących : - o k r e ś le n ie d a n y ch w e jś c io w y c h ,

- sp r e c y z o w a n ie kryterium c e lu te c h n ic z n e g o oraz k r y terió w u zu p ełn ia ją cy ch , - u tw o rz en ie p o la m o ż liw y c h r o zw ią z a ń ,

- d o k o n a n ie o p ty m a ln e g o w y b o ru z g o d n ie z p rzy jęty m i k ryteriam i,

u z y sk u je się r o z w ią z a n ie , na k tó re sk ład ają się: o k r e ślo n y ty p k om b ajn u , s p r e c y zo w a n e pa

ram etry pracy, w y p o s a ż e n ie d o d a tk o w e o ra z te c h n o lo g ia urabiania.

O g ó ln ą p ro ced u rę dob oru k om b ajnu ś c ia n o w e g o d o o k r e ślo n y c h w a ru n k ó w natu ralnych i te c h n ic z n y c h d a n e g o p rzo d k a ś c ia n o w e g o p r z ed sta w io n o w p o sta ci alg o ry tm u na rys. 2 .1 .

Z a p r o p o n o w a n y to k p o stęp o w a n ia stw a rza w arun ki u m o ż liw ia ją c e o s ią g n ię c ie z a ło ż o n e  g o c e lu te c h n ic z n e g o d zięk i p ełn em u w y k o r z y sta n iu p o te n c ja ln y c h m o ż liw o ś c i te ch n ic z n y c h ko m b a jn u w w arun k ach projektow an ej ścian y.

W tra k cie p ro cesu dob oru kom bajnu , op ierając się na d o s tęp n y c h m o d e la ch te o r e ty cz n y c h d o ty c z ą c e p r o c es ó w : sk raw ania i ła d o w a n ia u robk u p r z e z k om b ajn ś c ia n o w y [4 , 5, 10, 12, 16, 17, 3 6 , 3 7 , 4 2 , 4 3 , 4 6 , 7 2 ], ok reśla się w y m a g a n ą m o c k om b ajn u o ra z param etry j e g o w y p o  sa żen ia , k tó re d e c y d u ją o stan ie o b c ią że n ia z e w n ę tr z n e g o k om b ajnu w w aru n k ach ek sp lo a ta  c y jn y c h o k r e ś lo n e g o p rzod ka śc ia n o w e g o .

W p ły w w ie lu c z y n n ik ó w z w ią z a n y c h z w ła sn o śc ia m i w ę g la , stan em n a p rężen ia urabianej c a liz n y , sta n em stęp ie n ia n o ż y u rab iających [3 , 9 , 11, 3 4 , 3 5 , 3 8 , 4 1 , 4 3 , 6 9 , 7 0 ] oraz d u że z r ó ż n ic o w a n ie w a r u n k ó w natu ralnych i te c h n ic z n y c h p r z o d k ó w ś c ia n o w y c h w p o lsk ich k o  p aln ia ch w ę g la k a m ie n n e g o sp raw iają, ż e s to s o w a n e m o d e le n ie z a w s z e p r a w id ło w o o d z w ie r  c ie d la ją p r z e b ie g p o d s ta w o w y c h o p eracji te c h n o lo g ic z n y c h r e a lizo w a n y ch p rzez kom bajn śc ia n o w y . P rz ep ro w a d z o n e d o ty c h c z a s bad an ia ek sp lo a ta c y jn e k o m b a jn ó w śc ia n o w y c h są w y c in k o w e i n ie p o z w a la ją na p e łn ą w e r y fik a c ję p r z y jęty c h m o d eli te o r e ty c z n y c h [8 , 4 0 ,4 3 ]

System eksploatacji

Cel techniczny Warunki górniczo-

geologiczne

Zdefiniowanie kryterium celu technicznego Warunki gómiczo-

techniczne

Kryterium celu technicznego Sprecyzowanie

danych wejściowych Zespół maszyn

współpracujących

Wstępna weryfikacja technologii urabiania Otoczenie naturalne

Otoczenie techniczne Uwarunkowania

dodatkowe

Tworzenie pola możliwych

rozwiązań

Zbiór technologii urabiania Kryteria

uzupełniające

Pole możliwych rozwiązań

Analiza stanu obciążenia zewnętrznego

kombajnu

Parametry pracy kombajnu

Optymalizacja doboru w świetle kryterium

celu technicznego

Technologia urabiania Kombajn

(11)

W z w ią z k u z p o w y ż s z y m , w c e lu z a p e w n ie n ia p r a w id ło w e g o d o b o ru k om b ajn u d o w a  ru n k ó w e k sp lo a ta c y jn y c h d a n e g o przod k a ś c ia n o w e g o , u m o ż liw ia ją c e g o p e łn ie js z e w y k o r z y  sta n ie p o te n c ja ln y c h m o ż liw o ś c i te c h n ic z n y c h kom bajnu , k o n ie c z n e jest:

- o p r a c o w a n ie m e to d y k i b ad ań ek sp lo a ta c y jn y c h k o m b a jn ó w ś c ia n o w y c h , r ea liz o w a n y c h w w a ru n k a ch z ło ż o n y c h sta n ó w o b c ią ż e ń o ch arak terze sto c h a s ty cz n y m , m a ją cy c h na c e lu id e n ty fik a c ję stan u o b c ią ż e n ia z e w n ę tr z n e g o kom b ajnu ,

- p r z ep ro w a d ze n ie stu d iu m id en ty fik a c ji w p ły w u w y b ra n y ch c z y n n ik ó w e k sp lo a ta c y jn y c h na stan o b c ią ż e n ia z e w n ę tr z n e g o kom b ajnu ś c ia n o w e g o ,

- p r z e p r o w a d z e n ie w e r y fik a c ji, a n a stę p n ie w m iarę p o trzeb y m o d y fik a c ji lu b o p ra co w a n ia n o w e g o m o d e lu d o ty c z ą c e g o p r o c esó w : urabiania c a liz n y i ła d o w a n ia u z y s k a n e g o urobk u w ę g lo w e g o p r z ez k om b ajn śc ia n o w y ,

- o p r a c o w a n ie n o w e g o m o d e lu a n a lity c z n e g o p rzeb ieg u p ro cesu p ro d u k cy jn eg o w przodku śc ia n o w y m ,

- u s ta le n ie k ry terió w o c e n y p r a w id ło w o ś c i d ob oru kom b ajn u ś c ia n o w e g o d o d a n y ch w arun

k ó w e k sp lo a ta c y jn y c h z u w z g lę d n ie n ie m c z y n n ik a e n e r g o c h ło n n o śc i p r o c esu urabiania sk a ł w ę g lo w y c h .

C e le m n in ie jsz ej p ra cy j e s t o p r a c o w a n ie , na p o d sta w ie stu d iu m id e n ty fik a c ji w p ły w u w y  b ra n y ch c z y n n ik ó w n a stan o b c ią ż e n ia z e w n ę tr z n e g o kom b ajn u ś c ia n o w e g o , o d p o w ie d n ic h m o d eli: p r z eb ie g u p r o c esu p ro d u k c y jn e g o w ścia n ie, e n e r g o c h ło n n o śc i p r o c e s u urabian ia skał w ę g lo w y c h , p r o c esu ła d o w a n ia urobk u p r z ez k om b ajn o ra z p r o g n o z o w a n ia m o c y k om b ajn u , k tó ry ch w y k o r z y s ta n ie p o z w o li na p ra w id ło w y d o b ó r k om b ajnu ś c ia n o w e g o dużej m o c y d o w a r u n k ó w e k sp lo a ta c y jn y c h d a n eg o p rzo d k a ś c ia n o w e g o , a w k o n se k w e n c ji na u z y sk a n ie w y s o k ie j k o n cen tra cji w y d o b y c ia .

P o d s ta w o w e z a ło ż e n ie , sta n o w ią c e sz e ro k o p o ję tą te z ę pracy, sfo r m u ło w a n o następująco:

O d p o w ie d n io dob ran y z e s ta w ch arak terystyk e k sp lo a ta c y jn y c h k om b ajn u ś c ia n o w e g o u m o ż  liw ia m iarod ajn ą id e n ty fik a c ję w p ły w u p r z e b ie g u p r o c esu u rabian ia c a liz n y w ę g lo w e j i ła d o  w a n ia u z y s k a n e g o urobku na stan z e w n ę tr z n e g o o b c ią ż e n ia z e s p o łó w r o b o c z y c h kom b ajn u i w y k o r z y sta n ie j e g o m o c y n o m in a ln ej, k tóre to czy n n ik i w p o d s ta w o w y m sto p n iu w p ły w a ją na p r ę d k o ś ć p o s u w u i w y d a jn o ść n o w o c z e s n y c h k o m b a jn ó w ś c ia n o w y c h du żej m o c y , a w re

z u lta cie n a m o ż liw o ś ć u z y sk a n ia w y s o k ie j k o n cen tra cji w y d o b y c ia w śc ia n a c h w ę g lo w y c h .

3. STUDIUM IDENTYFIKACJI WPŁYWU WYBRANYCH CZYNNIKÓW NA STAN ZEWNĘTRZNEGO OBCIĄŻENIA KOMBAJNU ŚCIANOWEGO DUŻEJ MOCY

P rz ep ro w a d z en ie stu d iu m id e n ty fik a c ji w p ły w u w y b ra n y ch c z y n n ik ó w n a 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 ś c ia n o w e g o dużej m o c y w ym aga:

o p r a c o w a n ia m e to d y k i p o s tęp o w a n ia b a d a w c ze g o , - p r z ep ro w a d ze n ia bad ań ek sp lo a ta cy jn y ch ,

- o p r a c o w a n ia ch arakterystyk e k sp lo a ta c y jn y c h kom b ajn u d la w a ru n k ó w p o s z c z e g ó ln y c h p r z o d k ó w ś c ia n o w y c h ,

p rzep ro w a d ze n ia a n a lizy w p ły w u w y b ra n y ch c z y n n ik ó w na stan o b cią że n ia z e  w n ę tr z n e g o kom b ajn u ś c ia n o w e g o .

M e to d y k a p o m ia r ó w sto so w a n a w d o ty c h c z a s p r o w a d zo n y ch b ad an iach ek sp lo a ta c y jn y c h k o m b a jn ó w ś c ia n o w y c h [1 , 15, 4 0 , 4 3 , 4 4 ] p o le g a na cią g ły m p o m ia rze n a tężen ia prądu lub m o c y ele k tr y cz n e j czy n n ej p rzez siln ik i e lek tr y czn e n a p ęd za ją c e p o s z c z e g ó ln e z e s p o ły k o m  bajnu w trak cie u rabian ia c a liz n y w ę g lo w e j na w y b ran ym o d cink u lub k ilk u od cink ach p o  m ia r o w y c h u s y tu o w a n y c h w ró żn y ch m iejs ca c h ściany. R ó w n o c z e ś n ie w y z n a c z a się średnią p r ę d k o ść p o s u w u na p o d sta w ie pom iaru cza su , w trakcie k tórego kom bajn p ok on u je o d cin ek śc ia n y o o k reślo n ej d łu g o śc i. W rezu lta cie u z y sk u je się p r zeb ieg i c z a s o w e m ierzon ych para

m e tr ó w o d z w ie r c ie d la ją c e z m ie n n o ś ć o b c ią że n ia z ew n ę tr z n e g o kom b ajnu ś c ia n o w e g o na w y  b ra n y ch o d c in k a ch śc ia n y p rzy danej średniej p r ęd k o ści p o s u w u kom b ajnu. P o z a ty m n a le ży lic z y ć s ię z fa k te m , ż e dan a w a r to ść średniej p ręd k o ści p o su w u kom b ajnu na p e w n y m o d c in  ku d łu g o ś c i śc ia n y , z e w z g lę d u na lo s o w y charakter o b cią żen ia , m o ż e b y ć u zy sk a n a przy ró ż  n y m r o z k ła d z ie c h w ilo w y c h w a rto ści p ręd k o ści, którem u o d p o w ia d a in n y charakter o b c ią ż e  n ia z e w n ę tr z n e g o kom bajnu .

Z m ie n n o ś ć o b c ią że n ia z e w n ę tr z n e g o m a charakter sto c h a sty cz n y i w y n ik a g łó w n ie z p rzeb ieg u p r o c e s ó w u rabian ia c a liz n y w ę g lo w e j i ła d o w a n ia u z y sk a n e g o urobku w ę g lo w e g o . C harakter o b c ią ż e n ia z e w n ę tr z n e g o z w ią za n y z o d sp o je n ie m w ę g la o d ca lizn y k szta łto w a n y j e s t p rzy d a n y m u k ła d z ie n o ż y na o rgan ie u rabiającym p r zez u ra b ia ln o ść w ę g la w p o k ła d zie, któ ra z a le ż y o d w ła s n o ś c i sa m e g o w ę g la oraz sze re g u c z y n n ik ó w determ inu jących stan na

p rężeń i o d k sz ta łc e ń w strefie pracy o r g a n ó w urabiających. D o n a jw a ż n ie jsz y ch z n ich z a li

c z y ć m o ż n a g łę b o k o ś ć ek sp lo a ta cji, w arunki str o p o w e i s p ą g o w e , w y s o k o ś ć śc ia n y , p o stęp p r zo d k a , param etry p racy z e s ta w ó w o b u d o w y zm ec h a n iz o w a n e j o ra z w p ły w y ek sp lo a ta c y jn e [3 , 9 , 11, 4 8 , 6 9 ]. W p ły w c z ę ś c i z n ich , z w ią za n y ch przed e w s z y s tk im z w arunkam i z a leg a n ia p o k ła d u ( g łę b o k o ś ć ek sp lo a ta cji, w arunki stro p o w e i s p ą g o w e , w y s o k o ś ć śc ia n y ), przyjąć m o ż n a ja k o n ie z m ie n n y w o d n iesie n iu d o d a n eg o przodka. In aczej sytu acja p rzed sta w ia s ię w przyp ad k u p o s tę p u d o b o w e g o przod ka, który z ró żn y ch p r z y cz y n z m ie n ia s ię w sz ero k im z a  k r e sie o ra z p o d p o m o ś c i w stęp n ej z e s ta w ó w o b u d o w y p rzy sto s o w a n y m o b e c n ie sy s tem ie ste  ro w a n ia z es ta w a m i w z d e cy d o w a n e j w ię k s z o ś c i ścia n w p o lsk ich k o p a ln ia ch w ę g la k am ien  n e g o . S te r o w a n ie p r z y le g łe r ęczn e p o w o d u je lo s o w y charakter rozparcia p o s z c z e g ó ln y c h z e  s ta w ó w , w s k u te k c z e g o r z e cz y w ista p o d p o m o ś ć w stęp n a różn i s ię z n a c z n ie o d nom inalnej i

(12)

z m ie n ia s i ę w z d łu ż d łu g o ś c i śc ia n y [2 8 ]. O p ory sk raw an ia m o g ą s ię z a tem z m ie n ia ć z a ró w n o w z d łu ż d łu g o ś c i śc ia n y , j a k i w trakcie w y k o n y w a n ia k o le jn y c h sk ra w ó w .

P r ę d k o ść p o s u w u kom b ajn u d e c y d u je o w y d a jn o ści u rabian ia obu o r g a n ó w urabiających , c o p rzy o k r e ślo n e j w y d a jn o ś c i ła d o w a n ia urobku w p ły w a na p r z eb ie g p r o cesu p rzek a zy w a n ia u z y s k a n e g o u rob k u na p r z en o śn ik . Z atem za rejestro w a n y stan o b c ią ż e n ia z e w n ę tr z n e g o k o m  bajnu o d p o w ia d a p r z e b ie g o w i p r o c esu ła d o w a n ia urobku p rzy danej średniej p r ę d k o ści p o s u  w u .

W z w ią z k u z p o w y ż s z y m u z y sk a n e na p o d sta w ie d o ty c h c z a s sto so w a n e j p roced u ry ba

d a w cz ej p r z e b ie g i c z a s o w e m ie r z o n y ch param etrów n ie s ą w p e łn i rep rezen ta ty w n e d la w a  ru n k ó w e k sp lo a ta c y jn y c h d a n e g o p rzo d k a śc ia n o w e g o .

3.1. Metodyka zastosowanego postępowania badawczego

B io r ą c p o d u w a g ę fakt, ż e badania e k sp lo a ta c y jn e k o m b a jn ó w ś c ia n o w y c h p ro w a d zo n e są w w a ru n k a ch ch a ra k tery zu ją cy ch s ię z ło ż o n y m i stan am i o b c ią ż e ń o ch arak terze sto c h a  s ty c z n y m , id e n ty fik a c ja stan u o b c ią ż e n ia z e w n ę tr z n e g o kom b ajn u w y m a g a o p ra co w a n ia n o  w ej m e to d y k i b ad ań e k sp lo a ta c y jn y c h u w zg lęd n ia ją cej:

- z e s ta w o d p o w ie d n ic h ch arakterystyk ek sp lo a ta c y jn y c h kom b ajn u ś c ia n o w e g o , - p ro ced u rę p o s tę p o w a n ia b a d a w c z e g o , p o z w a la ją c ą na u z y sk a n ie ty c h charakterystyk .

Z e s ta w ch a ra k tery sty k e k sp lo a ta c y jn y c h kom b ajn u ś c ia n o w e g o , u z y sk a n y na p o d sta w ie b ad ań ek sp er y m en ta ln y c h , p o w in ie n u m o ż liw ić p r z ep r o w a d ze n ie w s ze ch str o n n e j a n a liz y p o  z w a la ją ce j na:

• id e n ty fik a c ję w p ły w u p rz eb ieg u p ro cesu urabiania i ła d o w a n ia u z y s k a n e g o u robk u na stan o b c ią ż e n ia p o s z c z e g ó ln y c h s iln ik ó w e le k tr y cz n y c h kom b ajnu ,

• u s ta le n ie w p ły w u c z y n n ik ó w e k sp lo a ta c y jn y c h na stan o b c ią ż e n ia z e w n ę tr z n e g o kom b aj

nu,

• p o r ó w n a n ie stan u o b c ią ż e n ia z e w n ę tr z n e g o kom b ajn u w p rzyp ad k u z m ia n y p aram etrów j e g o w y p o s a ż e n ia te c h n ic z n e g o lub z m ia n y w a r u n k ó w e k sp lo a ta c y jn y c h ,

• o c e n ę p r a w id ło w o ś c i d ob oru kom bajnu d o w a r u n k ó w ek sp lo a ta c y jn y c h d a n e g o p rzodka,

• o c e n ę p r a w id ło w o ś c i d z ia ła n ia uk ładu a u to m a ty c zn eg o stero w a n ia (r eg u la cja p ręd k o ści p o s u w u k om b ajn u ) o r a z p r a w id ło w o ś ci z a sila n ia e le k tr y c z n e g o sy stem u m e ch a n iza c y jn e - g o

P o n ie w a ż u z y sk a n e w trak cie p o s tęp o w a n ia b a d a w c z e g o p rz eb ieg i c z a s o w e p o s z c z e  g ó ln y c h p aram etrów charakteryzu jących stan o b c ią ż e n ia s iln ik ó w e le k tr y cz n y c h k o m b a jn u i c a łe g o kom b ajn u n ie sp ełn ia ją w y m o g ó w w y n ik a ją cy c h z w y ż e j p r z ed sta w io n y c h c e ló w , p rzeb ieg i te m o g ą sta n o w ić je d y n ie b a z ę d a n y ch dla w y z n a c z e n ia ch arak terystyk ek sp lo a ta  c y jn y c h kom b ajnu .

B io r ą c p o d u w a g ę p r z ed sta w io n e p o w y ż e j c e le z a p r o p o n o w a n o n a stęp u ją cy z e s ta w c h a  rakterystyk e k sp lo a ta c y jn y c h kom b ajn u śc ia n o w e g o :

• z a le ż n o ś ć w a r to śc i średniej su m aryczn ej m o c y pob ieranej p rzez k om b ajn o ra z zak resu jej z m ie n n o ś c i o d p r ę d k o ści p o s u w u kom b ajnu ,

• w z g lę d n e w y k o r z y sta n ie n o m in a ln ej m o c y k o m b a jn u w o d n iesie n iu d o w a r to śc i średniej o ra z m a k sy m a ln ej w p r z e d zia ła c h p r ę d k o ś ci p o s u w u k om b ajn u 0 + 1 , 1 + 2 , ..., 7 + 8 m /m in ,

• c z ę s t o ś ć w y s tę p o w a n ia p o b o ru m o c y w ię k sz e j o d z n a m io n o w e j w p r z y jęty c h p r zed zia ła ch p ręd k o ści p o s u w u k om b ajn u ,

• c z ę s t o ś ć w y s tę p o w a n ia p ręd k o ści p o s u w u kom b ajn u w p rzy jęty ch p r zed zia ła ch p rędk ości p o s u w u kom b ajnu,

• z a le ż n o ś ć w a rto śc i średniej n a tężen ia prądu p o b ier a n e g o p rz ez p o s z c z e g ó ln e siln ik i n ap ę

d za ją c e org a n y u rabiające kom b ajnu oraz zakresu j e g o z m ie n n o śc i o d p ręd k o ści p o su w u k om b ajn u ,

• z a le ż n o ś ć w a r to śc i średniej n a p ięc ia z a sila n ia i zak resu jej z m ie n n o śc i w fun kcji p ręd ko

śc i p o s u w u kom b ajn u ,

• w z g lę d n e o b c ią ż e n ia p o s z c z e g ó ln y c h s iln ik ó w n a p ęd za ją cy ch organ y urabiające k o m  bajnu u w z g lę d n ia ją c e śre d n ią w a r to ść n a tężen ia prądu o ra z w artości m a k sy m a ln e, w p r z y jęty c h p r z ed zia ła ch p ręd k o ści p o s u w u kom bajnu ,

• c z ę s to ś ć w y s tę p o w a n ia w a r to śc i n a tężen ia prądu w y ż s z y c h o d w artości p r o g o w ej d zia ła  n ia reg u la to ra p ręd k o ści w p rzy jęty ch p rzed zia ła ch p ręd k o ści p o s u w u kom b ajnu,

• z a le ż n o ś ć w a rto ści średniej n a tężen ia prądu p o b iera n eg o p rz ez silnik e le k try czn y p o m p y c ią g n ik a h y d ra u lic zn e g o k om b ajnu o ra z zakresu j e g o z m ie n n o śc i o d p ręd k o ści p o su w u k om b ajn u ,

• w z g lę d n e o b c ią ż e n ie siln ik a e le k tr y c z n e g o p o m p y c ią g n ik a h y d ra u lic zn eg o kom bajnu u w z g lę d n ia ją c e w a rto ść śred n ią n a tężen ia prądu oraz w a rto ści m a k sy m a ln e, w przyjętych p r z ed z ia ła ch p r ęd k o ści p o s u w u kom b ajn u ,

• c z ę s t o ś ć w y s tę p o w a n ia w a r to śc i p rą d ó w siln ik a p o m p y c ią g n ik a h y d ra u lic zn eg o w y ż  s z y c h o d prądu z n a m io n o w e g o w p rzyjętych p rzed zia ła ch p ręd k o ści p o su w u kom bajnu.

N ie z a le ż n ie o d te c h n o lo g ii urabiania k o m b a jn em p o w y ż s z e charakterystyki p o w in n y być w y z n a c z o n e d la o b u z w r o tó w urabiania. W przypadk u urabiania je d n o str o n n e g o jed n em u z w r o to w i o d p o w ia d a urabian ie c a liz n y w ę g lo w e j, a d ru giem u ruch m a n e w r o w y p o łą c zo n y z ła d o w a n ie m urobku. P rzy u rabianiu d w u stro n n y m , o p r ó c z charakterystyk o d p ow iad ających obu z w r o to m urabiania, isto tn e są r ó w n ie ż charakterystyki o g ó ln e u zy sk a n e na po d sta w ie w s z y s tk ic h d a n y ch d o ty c z ą c y c h o b u z w r o tó w urabiania.

P roced u ra p o stęp o w a n ia b a d a w c z e g o u w aru n k ow ana je s t k o n ie c z n o ś c ią u zy sk a n ia repre

zen ta ty w n ej d la d a n y ch w a r u n k ó w e k sp lo a ta c y jn y c h b a zy d a n y ch , p ozw a la ją cej na w y z n a  c z e n ie z a p r o p o n o w a n e g o z es ta w u charakterystyk e k sp lo a ta cy jn y c h kom bajnu. W z w ią z k u z p o w y ż s z y m przy p la n o w a n iu p roced ury p o stęp o w a n ia b a d a w c z e g o oraz d o b o rze aparatury p o m ia ro w ej n a le ż y sto s o w a ć n a stęp u jące zasady:

• b a z a d a n y ch p o m ia r o w y c h p o w in n a za w ier a ć p rz eb ieg i c z a s o w e n a stęp u ją cy ch param e

trów :

- su m a ry czn ej m o c y pob ieranej p rz ez kom b ajn,

- m o c y lub n a tę ż en ia prądu s iln ik ó w n a p ęd za ją cy ch organy urabiające,

- m o c y lub n a tężen ia prądu siln ik a n a p ęd za ją c e g o p o m p ę c ią g n ik a h y d ra u lic zn eg o , - n a p ię c ia za sila n ia ,

- p r ę d k o ści p o s u w u kom b ajnu;

• p om iar w s z y s tk ic h param etrów pracy kom b ajnu p o w in ie n b y ć p ro w a d zo n y w sp o só b cią  g ły p r z e z o k re s c o najm niej 1 doby;

• k o n ie c z n a j e s t rejestracja z w ro tu urabiania k om b ajn em ;

• n a le ż y je d n o z n a c z n ie z d e fin io w a ć u s y tu o w a n ie o r g a n ó w u rabiających p rzy o b u zw rotach u rabian ia,

• c z ę s t o ś ć pró b k o w a n ia sy g n a łó w p o m ia r o w y c h n a le ży u sta lić w z a le ż n o śc i o d celu p row a

d zon ej a n a lizy , dla c e ló w iden ty fik a cji o b c ią ż e n ia z ew n ę tr z n e g o k om b ajnu propon uje się c z ę s to ś ć p ró b k o w a n ia 1 H z,