CC BY
25
Key words: remote diagnostics, overhead power line, foundation, anchor support, measurement, ultrasonic sounding, control room.
Akulichev Vitaly Olegovich, first deputy general director, director for development, [email protected], Russia, Kaliningrad, IDGC of Center and Volga Region, PJSC,
Zakharov Sergey Yurievich, acting first deputy director - chief engineer, [email protected], Russia, Orel, Tulenergo branch of IDGC of Center and Volga Region, PJSC, Tulenergo branch of IDGC of Center and Volga Region, PJSC,
Rodionov Igor Alexandrovich, deputy chief engineer for production assets management, [email protected], Russia, Tula, Tulenergo branch of IDGC of Center and Volga Region, PJSC,
Visich Sergey Gennadievich, leading engineer, visich. sg@tl. mrsk-cp. ru, Russia, Tula, IDGC of Center and Volga Region PJSC,
Panarin Mikhail Vladimirovich, candidate of technical sciences, director, pmv@,ssoft24.com, Russia, Tula, ServiceSoft Engineering LLC,
Stepanov Vladimir Mikhailovich, doctor of technical sciences, professor, head of department, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Maslova Anna Aleksandrovna, doctor of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 622.232.8
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-8-290-296
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ОЧИСТНОЙ КОМБАЙН-СКРЕБКОВЫЙ КОНВЕЙЕР
Г.И. Бабокин
Разработана методика расчета потребляемой электрической энергии и ее удельного расхода системой очистной комбайна-скребковый конвейер при работе в высокопроизводительном механизированном очистном забое. Установлено, что удельный расход электрической энергии системы очистной комбайн-скребковый конвейер уменьшается на 9,1 % при работе комбайна по челноковой технологической схеме, в сравнении с односторонней схемой, и увеличивается с увеличением длины лавы.
Ключевые слова: очистной комбайн, скребковый конвейер, потребляемая электрическая энергия, удельный расход, лава.
Для выемки угля при отработке пластов пологого падения мощностью 0,9-6,0 м на шахтах страны применяют механизированные комплексы с узкозахватными очистными комбайнами (ОК). Повышение производительности и улучшение технико-экономических показателей очистных забоев угольных шахт достигается увеличением установленной мощности электрооборудования системы очистной комбайн-скребковый конвейер (ОК-СК) [1-4]. При этом доля электрической энергии, потребляемой технологическими операциями добычи и транспортировки угля достигает 12,115,7% от общего электропотребления угольных шахт [1]. В связи с потребностями
290
энергосбережения, актуальным является исследование энергетических параметров системы ОК-СК, в качестве которых приняты потребляемая электрическая энергия и ее удельный расход. Энергетические показатели очистного забоя определяются режимами работы системы ОК-СК и зависят от многих факторов: горно-технологических, технических параметров и состояния оборудования, параметров очистного забоя и столба, организации работ и других [4,6]. При этом в процессе эксплуатации забоя необходимо планировать реальные параметры электропотребления в конкретных условиях и режимах работы, для стимулирования экономии электрической энергии. При аналитическом или экспериментальном определении эксплуатационного удельного расхода электрической энергии системы ОК-СК необходимо определить объем потребляемой электрической энергии и объем добытого угля за конкретный период работы лавы, например за сутки, и взять их отношение. Объем добытого угля зависит от эксплуатационной производительности ОК.
В работе решается задача разработки аналитической методики расчета объема потребления и удельного расхода электрической энергии системой ОК-СК для всех режимов ее работы и установлении закономерностей формирования энергетических параметров от технологических схем работы и длины лавы. Электропотребление системы ОК-СК равно сумме электропотребления ОК, который формирует грузопоток угля, и СК, который транспортирует уголь по лаве.
Рассмотрим методику определения энергетических показателей ОК. Современные ОК имеют индивидуальный нерегулируемый асинхронный электропривод каждого из двух шнеков привода резания и отдельный регулируемый электропривод подачи с двумя асинхронными электродвигателями, питаемыми от общего преобразователя частоты.
Технические параметры ОК и условия его работы позволяют [2] определить затраты механической мощности привода, опережающего и отстающего шнеков и Р2 на разрушение пласта угля, поперечное перемещение и погрузку отбитого угля на забойный конвейер:
Р! + ^1пог = ^^ + (1)
1 1р ЗОп^р 1000% 4 '
р =р +Р = , КпоТКТрдВ2(П-Р)уУп (2)
2 2р 2п°г ЗОп^р 1000% , ( )
где Р1Р и Р2р, ^1П0Г и Р2пог - затраты механической мощности приводов опережающего и отстающего шнеков, кВт, соответственно, на разрушение пласта угля и погрузку его на забойный конвейер; - КПД редуктора привода шнека; - количество резцов в одной линии резания шнека; D - диаметр шнека, м; ш31, ш32 - количество резцов разрушающих забой одновременно на опережающем и отстающем шнеках; А - средневзвешенная сопротивляемость пласта угля резания, кН/м; - скорость подачи комбайна, м/мин; h - мощность вынимаемого пласта, м; В - ширина захвата исполнительного органа комбайна, м; Кпо - коэффициент характеризующий параметры исполнительного органа и условия работы резцов, равный: К"по = КотК2КвК3рКфр, где Кот - коэффициент отжима, учитывающий уменьшение сил резания из-за горного давления, К2,Кв,К3р,Кфр
- коэффициенты, соответственно, учитывающие угол резания, ширину резца, износ и форму резцов; Ктр - коэффициент трения отбитого угля о подошву выработки; Кпог -коэффициент, учитывающий затраты на подъем угля на высоту забойного конвейера; q
- ускорение свободного падения 9,8 м/с2; у - удельный вес угля, т/м3; - КПД системы погрузки угля шнеком.
Затраты механической мощности приводом механизма перемещения ОК определяются уравнением:
Рп = [(Р1р + Р2р)Кп +/(Сс05а ± ^таХК1, (3)
где Кп - коэффициент, учитывающий затраты мощности от проекции сил резания на скорость подачи; G - вес комбайна, т; / - коэффициент трения между опорами комбайна и направляющими забойного конвейера; а - угол падения пласта, град.; - КПД редуктора механизма перемещения.
В формуле (3) знак «плюс», перед составляющей веса комбайна, берется при движении комбайна вверх по лаве, а знак <<минус>> при движении вниз по лаве.
Из уравнений (1,2) при заданных параметрах комбайна, сопротивляемости угля резанию, принимая среднюю вынимаемую мощность пласта К< 2Б и затраты мощности на погрузку отбитого угля равными нулю, для номинальных значений мощности электродвигателей шнеков (резания) Р1н, Р2н определяем максимально возможно скорость перемещения комбайна в конкретных условиях:
у _ 30п1^р(Р1н+Р2н) (4)
п тах ~ АПКк0(п31+п32) (4)
Полученные значения Цг тах представляется в уравнение (3) для номинальных значений Р1н, Р2н и проверяется выполнение условия достаточности мощности привода подачи при максимальном значении угла падения пласта атах:
Рпн > Рп (5)
При выполнении условия (5), допустимое максимальное. значения скорости перемещения Цг тах комбайна проверяется по скорости крепления кровли забойной механизированной крепи, по транспортирующей способности лавного конвейера, по содержанию метана в воздухе забойного пространства, по максимальному вылету резца [2]. Рабочая (расчетная) скорость перемещения комбайна принимается равной минимальному значению из всех рассчитанных, по указанным факторам, максимальных значений Кп£.
Для расчета энергетических параметров ОК определяем суточную добычу угля для применяемых технологических схем работы комбайна в очистном механизированном комплексе: односторонней и челноковой [4,5]. При односторонней схеме работы ОК за цикл его работы снимается одна полоса угля в лаве и выполняются последовательно следующие операции: выемка полосы угля при движении комбайна вверх по лаве; зачистка машинной дороги при движении комбайна вниз по лаве и зарубка исполнительного органа комбайна в пласт, для выемки новой полосы. При челноковой работе комбайна за цикл его работы снимаются две полосы угля и при выемке одной полосы выполняются две операции: выемка угля и зарубка исполнительного органа комбайна в пласт угля.
При односторонней схеме работы ОК время цикла работы, необходимое для снятия одной полосы угля, определяется по формуле [6]:
Ь — ¿к ^ -Ку-^З //"\
Ъцо=^+гзач "Ь^зар = ^ ^ ^ (6)
"п "м 'з
где tв,tзач,tзар - длительности работы комбайна, соответственно ,по выемке, зачистке машинной дороги и на зарубку исполнительного органа(выполнение концевых операций), с; L - длина лавы, м; Ьк - длина комбайна, м; Ь3 - длина косого заезда при зарубке исполнительного органа, м; УП,УМ,У3 - скорости подачи комбайна, соответственно, рабочая, маневровая при зачистке , при косом заезде для операции зарубки; Ку - коэффициент, учитывающий организацию и условия труда или выполнения концевых операций.
При челноковой схеме работы очистного комбайна время одного цикла, необходимое для снятия двух полос угля (движение вверх и вниз по лаве) [6,8]:
*цч = *В1 ^^ко = (1К + 5*МО + (7)
где - время на концевые операции, с; УП1 и УП2 - скорости подачи комбайна при движении, соответственно, вверх и вниз по лаве, определяются по формуле (3); ^мо - время вертикальных перемещений исполнительного органа при косом заезде и
292
отработке концевых участков лавы, с; - скорость подачи комбайна при косом заезде; В - ширина захвата исполнительного органа комбайна, м; Уфк - скорость фланговой передвижки концевого участка конвейера при зарубке [6].
Суточная добыча угля лавы при односторонней схеме работы ОК находится по формуле:
дсо — бОВ^уШсмГсм (8)
£цо
где Тсм - длительность рабочей смены, ч; псм - число рабочих смен в сутки. Суточная добыча лавы при челноковой схеме работы комбайна:
_ 120 ВЪуЬПсмТсм /пч
УС.О —-:-, (9)
1ЦУ
Электрическая энергия, потребляемая ОК в сутки, для односторонней и челноковой Ж, схем работы определяются по формулам:
^0 = [^кв^В + ^/с.зач^зач + ^кзо^з]псм^см^цо1 (10)
Ж, = [Ркв1^В1 +^к32^В2 +^кЗ4^^о]псм^см^цу (11)
где Ркв, Ркв1, Рк.зач , Ркзо, РкЗ4 - средневзвешенные электрические мощности ОК при выемке полосы угля, зачистке машинной дороги, зарубке исполнительного органа в пласт угля, выполнении концевых операций в соответствующих технологических схемах работы.
Электрическая мощность ОК, потребляемая из электрической сети, для указанных режимов работы равна:
Ры = [(^1 +ЗДэ"пр + ^э~пп + №пн +^оч]^э"с1 (12)
где ^эпр , ^эпп, ^эпн, ^эс - КПД, соответственно, электроприводов резания, подачи, гидравлического насоса и питающей ОК электрической сети.
Методика расчета удельного расхода электрической энергии ОК, при заданных условиях работы, включает: определение максимальной скорости подачи, по формуле (4); параметров режима работы комбайна, по формулам (6, 7); техническую суточную добычу, по формулам (8, 9); электрическую энергию, потребляемую за сутки, по формулам (1-3, 10-12); удельный расход энергии как отношение объема потребленной электроэнергии к суточной добыче угля.
Рассмотрим методику определения энергетических параметров СК. На основе анализа результатов работ [4, 5, 7] и режима работы скребкового конвейера в механизированном забое, предложено определять активную мощность, потребляемой электрической энергии конвейера, по формуле:
¿к = + Ру ^из^ц^Ц^ККЛЪР^ЭП + , (13)
где Рх, Ру - мощность холостого хода конвейера и переменная мощность, зависящая от грузопотока и длины загруженной части конвейера; оц, ^г - вес погонного метра цепного тягового органа и груза (угля), кг/м; ^ц, ^г - коэффициенты сопротивления движению тягового органа и груза; - скорость движения тягового органа, м/с; ¿к , ^з -длина конвейера и загруженной части конвейера, м; д - ускорение свободного падения, м/с2; ^эп - КПД редуктора и электропривода конвейера; К"ИЗ - коэффициент, учитывающий дополнительное усилие при изгибе конвейера.
Следует отметить, что длина конвейера практически равна длине лавы.
Вес погонного метра груза на конвейере зависит от производительности комбайна и равен [7]:
=—, (14)
где = 60 • Н • В • 7 • Уп, т/ч; Н - вынимаемая мощность пласта, м; В - ширина захвата исполнительного органа комбайна, м; у - удельный вес отбитого угля, кг/м3; ^п - скорость подачи комбайна, м/мин.
Длина загруженной части конвейера ¿з зависит от положения комбайна в лаве и скорости его перемещения ^п при выполнении технологических операций разрушения угля и погрузки его на конвейер:
¿З=^КН ±f*Vndt, (15)
где Ьш - начальная длина загруженной части конвейера; tn, tK - время начала и окончания выполнения технологической операции.
С учетом (13) и (14) мощность, потребляемая электроприводом конвейера, для любой операции комбайна определяется по формуле:
PK = Px + 0,277-œr-g-QK-L3. (16)
Величина мощности и энергии, потребляемой электроприводом СК комплекса, определяется грузопотоком, формируемым очистным комбайном, и зависит от технологической схемы его работы.
Исследование энергетических параметров системы ОК-СК проведено при работе комбайна 4LS20 с конвейером AFC в механизированном комплексе YOU в условиях шахты «Костромовская» ООО ММК-уголь при отработке пласта 19. Условия работы и основные параметры ОК: вынимаемая мощность пласта угля h=2; сопротивляемость угля резанию А=300 кН/м; диаметр шнека 1,4; ширина захвата шнека 0,8 м; коэффициент исполнительного органа КИо=0,56; количество резцов в одной линии резания 3 шт, количество одновременного разрушающих резцов 30 шт; угол падения пласта равен нулю; мощность привода резания 2х285 кВт и привода подачи 2х60 кВт. Установленная мощность привода конвейера 1200 кВт.
Диаграммы мощности электрической энергии, потребляемой ОК и СК при работе ОК по односторонней и челноковой технологическим схемам представлены на рис. 1.
а) й м»
ж
700 600 500 400 300 200 100 0
б) н 800 v
о_
700 600 500 400 300 200 100
1 /
' 2
V 2
20 40 60 80 100
I I I I I I I I I M I I I
120 140 160
t, мин
1 / -Т
2 /
20 40 60
100 120 140 160
Рис. 1. Диаграммы мощности, потребляемой электроприводами очистного комбайна (1) и скребкового конвейера (2): а — односторонняя схема работы комбайна; б — челноковая схема работы комбайна
Электрическая энергия, потребляемая конвейером за сутки, при односторонней технологической работе, определяется из диаграмм рис.1 по уравнению:
^сут.О = [0,5РХ(*В + ^ЗЧ) + "Ь0,5РМ2^ЗЧ + ^ЗР*:ЗР]тСМпСМ*:ЦО,
где РМ1, РМ2 - максимальные мощности электропривода конвейера при длине его загрузки Ь3=ЬК для операций выемки угля и зачистки машинной дороги определяются по формуле (4); РЗР - средневзвешенная мощность электропривода конвейера при зарубке; ТСМ - длительность рабочей смены, ч; пСМ - число рабочих смен в сутки; *;цО = + ^зч + ^зр - длительность цикла выемки полосы угля.
Энергия, потребляемая конвейером за сутки, при челноковой схеме работы комбайна определяется по формуле:
^СУТ.Ч = °5(РМ1 + РХ)(^В1 +^В2) + ^ЗР1 " ^ЗР1 + ^ЗР2 ■tЗР2, (17)
где Р3Р1, Р3Р2 - средневзвешенные мощности, потребляемые электроприводом конвейера при зарубке на концах лавы, кВт.
По разработанной методике получены зависимости удельного расхода электрической энергии системы ОК-СК от длины лавы и технологической схемы работы комбайна, представленные на рис.2.
^ 3
1,5
1 0,5 0
150 200 250 300 350 400 450 500 550
м
Рис. 2. Зависимости удельного расхода электрической энергии очистного комбайна (1,2) и системы очистной комбайн-скребковый конвейер (3,4) от длины лавы,
при односторонней (1,3) и челноковой (2,4) схеме работы комбайна
Анализ данных рис. 2 показал, что с увеличением длины лавы от 200 м до 500 м удельный расход энергии ОК постоянен при односторонней схеме работы комбайна и равен 1,1 кВт ч/т. При челноковой схеме работы ОК с увеличением длины лавы от 200 м до 300 м удельный расход ОК снижается от 1,07 до 1,0 кВт ч/т и далее постоянен. Удельный расход электрической энергии системой ОК-СК с увеличением длины лавы от 200 м до 500 м увеличивается от 1,7 до 2,5 кВт ч/т при односторонней схеме работы ОК и от 1,6 до 2,2 кВт ч /т при челноковой схеме работы ОК. Рост удельного расхода энергии системы ОК-СК обусловлен ростом потребляемой электрической энергии СК на транспортировку угля с увеличением длины лавы. Применение челноковой схемы работы ОК в механизированном комплексе позволяет снизить удельный расход электрической энергии системой ОК-СК на 9,1% по сравнению с односторонней схемой.
Список литературы
1. Захарова А.Г. Закономерности электропотребления на угольных шахтах Кузбасса. Кемерово: Издательство КузГТУ, 2002. 198 с.
2. Плотников В.В. Вывод формулы для расчета производительности очистных комбайнов со штрековым, барабанным или корончатым исполнительным органом / Уголь. 2009. №9. С. 47-55.
3. Кибрик И.С. К вопросу повышения эксплуатационной надежности привода забойных скребковых конвейеров // Уголь. 2016. № 8. С. 96-97.
295
I I И I I I I I I I I I I I I II I I I I II I I I I I I I I I I I I I I I I
4. Федоров Г.С., Журавлев Е.И. Расчет оптимальных энергетических параметров работы очистного комплекса в различных горно-геологических условиях на основе имитационной модели очистного комбайна // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. №12. С. 356-361.
5. Бабокин Г.И. Энергосбережение в электроприводе конвейера // Известия вузов. Горный журнал. 2002. №1. С. 122-125.
6. Ордин А.А., Метельков А.А. К вопросу об оптимизации длины к производительности комплексно-механизированного очистного забоя угольной шахты. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых // РАН. Сибирское отделение. 2013. №2. С. 100-112
7. Галкин В.И., Шешко Е.Е. Транспортные машины. М: Горная книга, МГГУ, 2010. 588 с.
8.Analysis of operation of powered longwall systems in mines of SUEK-Kuzbass / A. V. Stebnev, D. A. Zadkov, V. V. Gabov, S. G. Mukhortikov // Eurasian mining. 2017. № 2. P. 28-32. DOI: 10.17580/em.2017.02.07.
Бабокин Геннадий Иванович, д-р техн. наук, профессор, [email protected] Россия, Москва, Национальный Исследовательский Технологический Университет «МИСиС»
RESEARCH OF ENERGY PARAMETERS OF THE CLEANER COMBINE-SCRAPER
CONVEYOR SYSTEM
G.I. Babokin
The method of calculating the electricity consumed and its specific consumption by the system of cleaning combine-scraper conveyor is presented when working in a highperformance mechanized cleaning slaughter. It has been established that the specific consumption of electrical energy of the cleaning harvester-scraper conveyor system decreases by 9.1% when the combine works on the shuttle technological scheme, in comparison with the one-way scheme, and increases with the increase in the length of lava.
Key words: a cleaning combine, a scraper conveyor, electricity consumption, specific consumption, lava.
Babokin Gennady Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, babokingi-nov@,yandex. ru, Russia, Moscow, National University of Science and Technology «MISiS». '
