PL211716B1 - Sposób wyznaczania długości odcinków ściany o zwiększonej urabialności węgla w oparciu o energochłonność urabiania kombajnem ścianowym - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wyznaczania długości odcinków ściany o zwiększonej urabialności węgla w oparciu o energochłonność urabiania kombajnem ścianowym.

Budowa geologiczna pokładów węgla kamiennego sprawia, że cechują się one zmienną urabialnością, do czego przyczynia się także stan naprężenia i odkształcenia w górotworze związany z przebiegiem procesu technologicznego w przodku oraz zaszłościami eksploatacyjnymi. Oznacza to w efekcie, ż e opory urabiania węgla na długości frontu ścianowego mogą się zmieniać, i to w szerokim zakresie. W wielu wypadkach, szczególnie w przypadku eksploatacji pokładów węgli trudno urabialnych, na długości ściany występują strefy, w których calizna węglowa jest znacznie trudniej urabialna w porównaniu z pozostałą częścią wyrobiska ścianowego. Kombajny ścianowe, stosowane powszechnie do eksploatacji pokładów węgla, podlegają wówczas działaniu zwiększonych obciążeń dynamicznych, generowanych procesem urabiania węgla. Nadmierne obciążenie dynamiczne i przeciążenie podzespołów kombajnu oraz jego napędów może być z kolei przyczyną wzrostu jego awaryjności i obniżenia trwałości. Z drugiej zaś strony - w wyniku działania układów automatycznej regulacji prowadzi to do obniżenia prędkości posuwu kombajnu i w konsekwencji - spadku wydajnoś ci urabiania.

Z tego powodu, w przypadku pokładów węgli trudno urabialnych, przy znacznym zróżnicowaniu urabialności węgla na długości frontu eksploatacyjnego, na odcinkach ściany o zwiększonej urabialności, stosowane są w wielu wypadkach różnego typu zabiegi mające na celu poprawę urabialności węgla w tych strefach, jak na przykład strzelanie wstrząsowe. Możliwa jest dzięki temu redukcja oporów urabiania, a przez to i redukcja obciążenia dynamicznego kombajnu. W tym celu dla danej ściany nieodzowne jest jednak określenie długości oraz położenia odcinków o zwiększonej urabialności węgla.

Określenie długości odcinków ściany o zwiększonej urabialności możliwe jest w oparciu o analizę przebiegu obciążenia poszczególnych silników napędowych kombajnu ścianowego oraz rozkładu jego prędkości posuwu wzdłuż długości ściany. Stanowi to podstawę wyznaczenia przebiegu energochłonności procesu roboczego w funkcji położenia kombajnu w ścianie, pozwalającego na ocenę urabialności węgla i jej zmienności na długości frontu ścianowego.

Wyznaczenie tego wskaźnika wymaga jednak pomiaru i rejestracji mocy czynnej elektrycznej pobieranej przez wszystkie silniki napędowe kombajnu oraz jego prędkości posuwu. Ponieważ stosowane powszechnie w kombajnach ścianowych układy monitorowania parametrów ich pracy nie pozwalają na rejestrację mocy czynnej elektrycznej pobieranej przez silniki napędowe, do wyznaczenia odcinków ściany o zwiększonej urabialności wykorzystać można dlatego wskaźnik energochłonności procesu roboczego (EJ), wyznaczony jako iloraz sumy natężenia prądu pobieranego przez poszczególne silniki kombajnu ścianowego oraz iloczyn jego prędkości posuwu i przekroju warstwy urabianej:

^EJ

ΣI

60·z·H-Vp

[Ah/m³] (1) gdzie:

ΣΙ - suma natężenia prądu pobieranego przez silniki napędowe kombajnu [A], z - szerokość zabioru kombajnu [m],

H - wysokość ściany [m], v_p - prędkość posuwu kombajnu [m/min].

Ze względu na to, że parametry organów urabiających pozostają stałe, zmienność wartości tego wskaźnika odzwierciedla zmieniające się opory urabiania i związaną z tym wydajność objętościową kombajnu. Parametrami zmieniającymi się w szerokim zakresie jest sumaryczne natężenie prądu pobieranego przez silniki oraz prędkość posuwu kombajnu. Z kolei, parametrem, który zmienia się w wąskim zakresie jest wysokość ściany. W celu wyeliminowania wpływu zmienności wysokości ściany na wartość analizowanego parametru, obok wskaźnika energochłonności procesu roboczego kombajnu (EJ) wyznacza się dodatkowo wskaźnik energochłonności urabiania warstwy przystropowej (EJOP).

Wskaźnik energochłonności urabiania warstwy przystropowej (EJOP) zdefiniowany jest przy tym jako iloraz natężenia prądu pobieranego przez silnik napędzający organ wyprzedzający i iloczyn:

prędkości posuwu kombajnu, średnicy organu i szerokości zabioru:

PL 211 716 B1 ^EJOP ^IOP ·z-D-Vp

[Ah/m³] (2) gdzie:

lOP - natężenie prądu pobieranego z sieci zasilającej przez silnik napędzający organ wyprzedzający kombajnu ścianowego, przy rozpatrywanym zwrocie urabiania [A], z - szerokość zabioru kombajnu [m],

D - ś rednica organu urabiają cego [m], v_p - prędkość posuwu kombajnu [m/min].

Ponieważ zmienność obu rozpatrywanych wskaźników energochłonności należy śledzić wzdłuż całej długości ściany, konieczne jest monitorowanie, obok natężenia prądu pobieranego z sieci zasilającej przez silniki napędowe kombajnu oraz jego prędkości posuwu, dodatkowo - położenia kombajnu w ścianie.

Procedura wyznaczania długości odcinków ściany o zwiększonej urabialności węgla obejmuje: pozyskanie i weryfikację danych pomiarowych, ustalenie zwrotu urabiania, któremu towarzyszą większe opory urabiania, wyznaczenie wartości wskaźnika energochłonności procesu roboczego kombajnu oraz wskaźnika energochłonności urabiania warstwy przystropowej dla odcinków o stałej długości wzdłuż całej długości ściany, a następnie ustalenie długości odcinków, na których opory skrawania są większe od pozostałej części ściany.

Weryfikacja danych polega na sprawdzeniu ich kompletności oraz prawidłowości rejestracji. Do analizy kwalifikuje się tylko te przebiegi analizowanych parametrów, dla których można ustalić jednoznacznie położenie kombajnu w ścianie dla całego przejazdu wzdłuż długości ściany.

Na podstawie charakterystyk eksploatacyjnych kombajnu obejmujących: wartość, charakter i zakres zmienności natężenia prądu pobieranego przez poszczególne silniki napędzające organy urabiające, częstość występowania wartości natężenia prądu większych od wartości progowej zadziałania regulatora prędkości posuwu, rozkładów prędkości posuwu, obciążenia poszczególnych silników i wskaźnika energochłonności procesu roboczego kombajnu ustala się ten zwrot urabiania, przy którym występują większe opory skrawania.

Sposób według wynalazku polega na tym, że dla ustalonego zwrotu urabiania o zwiększonych oporach urabiania wyznacza się wartość średnią, minimalną i maksymalną wskaźnika energochłonności procesu roboczego kombajnu ścianowego (EJ) oraz wartość średnią, minimalną i maksymalną wskaźnika energochłonności urabiania warstwy przystropowej (EJOP) dla odcinków ściany o stałej długości, a następnie wyznacza się całkowitą długość odcinka o zwiększonej urabialności węgla jako sumę długości sąsiadujących ze sobą odcinków ściany, dla których wartość średnia wskaźnika energochłonności procesu roboczego kombajnu oraz wartość średnia wskaźnika energochłonności urabiania warstwy przystropowej jest większa od wartości średniej dla całej długości ściany lub, gdy wartość maksymalna jednego bądź drugiego wskaźnika energochłonności w kilku sąsiednich odcinkach jest 1,75 razy większa od wartości maksymalnych w odcinkach przyległych.

Wartość wskaźników: energochłonności procesu roboczego kombajnu i energochłonności urabiania warstwy przystropowej wyznacza się na długości odcinków o stałej długości. Do obliczeń korzystne jest stosowanie długości 5 lub 10 m. Należy przy tym wyznaczyć wartość średnią, minimalną i maksymalną tych wskaźników dla każdego odcinka wzdłuż całej długości ściany. Wyznaczone wartości wskaźników energochłonności nanosi się na wykres obrazujący ich zmienność wzdłuż całej długości ściany.

Sumaryczną długość odcinka ściany o zwiększonej urabialności wyznacza się oddzielnie dla wskaźnika energochłonności procesu roboczego kombajnu i wskaźnika energochłonności urabiania warstwy przystropowej w oparciu o następujące kryteria: wartość średnia energochłonności w sąsiednich odcinkach jest większa od wartości średniej dla całej długości ściany lub maksymalna wartość wskaźnika energochłonności w sąsiednich odcinkach jest 1,75 razy większa od wartości maksymalnych w odcinkach przyległych.

Sumaryczna długość odcinka wyznaczona przy wykorzystaniu każdego z wyżej wymienionych wskaźników energochłonności odpowiada sumie większej liczby sąsiadujących odcinków ustalonych na podstawie powyższych kryteriów.

W przypadku rozbieżności dotyczących długości lub położenia odcinków wyznaczonych w oparciu o wskaźnik energochłonności procesu roboczego kombajnu i o wskaźnik energochłonności

PL 211 716 B1 urabiania warstwy przystropowej jako ostateczną przyjmuje się długość odcinka odpowiadającą części wspólnej odcinków wyznaczonych na podstawie obu wyżej wymienionych wskaźników.

P r z y k ł a d

Wynalazek objaśnia rysunek, na którym fig. 1 przedstawia rozkład wartości średniej, maksymalnej i minimalnej wskaźnika energochłonności procesu roboczego kombajnu (EJ) na długości ściany (L), a fig. 2 - przedstawia rozkład wartości średniej, maksymalnej i minimalnej wskaźnika energochłonności urabiania warstwy przystropowej (EJOP) na długości ściany (L).

W celu wyznaczenia długości odcinków o zwiększonej urabialności w jednym z wyrobisk ścianowych kopalni węgla kamiennego wykorzystano przebiegi parametrów pracy kombajnu ścianowego pozyskane z systemu diagnostyki oraz cyfrowej transmisji i rejestracji danych, w który był wyposażony rozpatrywany kombajn. W wyniku weryfikacji uzyskanych w ten sposób danych, do analizy wyselekcjonowano przebiegi odpowiadające 7-miu przejazdom kombajnu wzdłuż czoła ściany. Na podstawie analizy stanu obciążenia napędów organów urabiających przy zwrocie urabiania zgodnym oraz przeciwnym do zwrotu odstawy stwierdzono, że w warunkach rozpatrywanej ściany długości odcinków o zwię kszonej urabialnoś ci wę gla wyznaczone powinny zostać dla urabiania w ruchu zgodnym ze zwrotem odstawy.

Korzystając ze wzoru (1) i (2) wyznaczono następnie, dla wymienionego zwrotu urabiania, wartości rozpatrywanych wskaźników energochłonności dla odcinków ściany o długości 10 m. Rozkład wartości wskaźników energochłonności wzdłuż długości rozpatrywanej ściany, pozwalający na ustalenie odcinków o zwiększonej urabialności naniesiono na rysunek (fig. 1 i fig. 2).

Ze względu na pierwsze z rozpatrywanych kryteriów - odcinek ściany o zwiększonej urabialności znajduje się więc pomiędzy 140 m i 170 m oraz między 230 m i 240 m jej długości (fig. 1). W przedział ach tych wartość ś rednia energochłonności procesu roboczego kombajnu (linia ciągł a) jest bowiem większa od wartości średniej tego wskaźnika dla całej długości ściany, wynoszącej tu 0,86 Ah/m³ (linia punktowa).

Przy uwzględnieniu natomiast drugiego kryterium - odcinek ten zawiera się w granicach od 130 m do 170 m oraz od 220 m do 240 m długości ściany. Dokładność predykcji wynika tutaj z przyjęcia do analizy odcinków o długości 10 m.

Biorąc pod uwagę wartość wskaźnika energochłonności urabiania warstwy przystropowej długości odcinków odpowiadające obu kryteriom wynoszą odpowiednio: 120 m - 170 m oraz 230 m - 240 m (fig. 2). Wartość średnia wskaźnika energochłonności urabiania warstwy przystropowej, dla całej długości ściany wynosi tu przy tym 0,57 Ah/m³ (linia punktowa).

Ze względu na wartość wskaźnika energochłonności procesu roboczego kombajnu odcinki o zwiększonej urabialności wyznaczone są więc przez następujące współrzędne długości ściany: 130 m - 170 m i 220 m - 240 m. Na podstawie analizy kształtowania się wartości współczynnika energochłonności urabiania warstwy przystropowej odcinki o zwiększonej urabialności usytuowane są z kolei w zakresie: od 120 m do 170 m i od 230 m do 240 m ś ciany.

Zgodnie zatem z przyjętą zasadą część wspólna wyznaczająca ostatecznie położenie tych odcinków jest następująca: 130 m - 170 m i 230 m - 240 m.

Claims (2)

1. Sposób wyznaczania długości odcinków ściany o zwiększonej urabialności węgla w oparciu o energochłonność urabiania kombajnem ścianowym polegający na tym, że pozyskuje się i weryfikuje się dane pomiarowe, ustala się zwrot urabiania dla większych oporów urabiania i wyznacza się wartości wskaźnika energochłonności procesu roboczego kombajnu oraz wskaźnika energochłonności urabiania warstwy przystropowej dla odcinków o stałej długości wzdłuż całej długości ściany, a następnie ustala się długości odcinków, na których opory skrawania są większe od pozostałej części ściany, znamienny tym, że dla odcinków ściany o stałej długości wyznacza się wartość średnią, minimalną i maksymalną wskaź nika energochłonności procesu roboczego kombajnu ścianowego (EJ) zdefiniowanego jako iloraz sumy natężenia prądu pobieranego przez poszczególne silniki napędowe kombajnu ścianowego do iloczynu prędkości posuwu i przekroju warstwy skrawanej oraz wartość średnią, minimalną i maksymalną wskaźnika energochłonności urabiania warstwy przystropowej (EJOP) zdefiniowanego jako iloraz natężenia prądu pobieranego przez silnik napędzający organ wyprzedzający do iloczynu prędkości posuwu kombajnu, średnicy organu urabiającego i szerokości zabioru, a następnie

PL 211 716 B1 wyznacza się całkowitą długość odcinka o zwiększonej urabialności węgla jako sumę długości sąsiadujących ze sobą odcinków ściany, dla których wartość średnia wskaźnika energochłonności procesu roboczego kombajnu oraz wartość średnia wskaźnika energochłonności urabiania warstwy przystropowej jest większa od wartości średniej dla całej długości ściany lub, gdy wartość maksymalna jednego bądź drugiego wskaźnika energochłonności w kilku sąsiednich odcinkach jest 1,75 razy większa od wartości maksymalnych w odcinkach przyległych.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w przypadku rozbieżności dotyczących długości lub położenia odcinków ściany o zwiększonej urabialności węgla wyznaczonych w oparciu o wskaź nik energochł onnoś ci procesu roboczego kombajnu i o wskaźnik energochł onnoś ci urabiania warstwy przystropowej przyjmuje się długość odcinka odpowiadającą części wspólnej odcinków wyznaczonych na podstawie obu wyżej wymienionych wskaźników.