References

gscience

Mining Science and Technology (Russia)

Горные науки и технологии

2500-0632

The National University of Science and Technology MISiIS (NUST MISIS)

10.17073/2500-0632-2019-2-90-102

gscience-139

Research Article

MINING MACHINERY, TRANSPORT, AND MECHANICAL ENGINEERING

ГОРНЫЕ МАШИНЫ, ТРАНСПОРТ И МАШИНОСТРОЕНИЕ

Experimental Studies of Effect of Shearer Auger Operating Device Effective Width on Effectiveness of Loading Process

Экспериментальные исследования влияния ширины захвата шнекового исполнительного органа комбайна на эффективность процесса погрузки

Шабаев

О. Е.

Shabaev

O. E.

Зинченко

П. П.

Zinchenko

P. P.

pawel.zin4encko@yandex.ru

Мезников

А. В.

Meznikov

A. V.

ГОУ ВПО «Донецкий национальный технический университет»УкраинаDonetsk National Technical UniversityUkraine

ГП «Донуглемаш»УкраинаState Enterprise "Donuglemash"Ukraine

2019

23082019

4290102

2019

Шабаев О.Е., Зинченко П.П., Мезников А.В.

Shabaev O.E., Zinchenko P.P., Meznikov A.V.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.

https://mst.misis.ru/jour/article/view/139

Intensification of coal mining from mine seams of 0.55–1.20 m thick requires increasing efficiency of loose coal loading that may be achieved by selecting the optimal parameters of auger operating device of a shearer. The most reliable way to determine effect of the auger parameters on the energy parameters of the shearer operation is experimental research in actual operating conditions. As the subjects of the research, we selected up-to-date UKD400 and UKD200-500 shearers, operating in representative conditions of the Krasny Partizan mine of SE SVERDLOVANTRATSIT and Ternovskaya mine of DTEK PAVLOGRADUGOL PJSC. An adaptive method for specific mining operating conditions is proposed for determining the specific energy consumption of the shearers on material disruption and loading for thin seams in actual operating conditions based on fixing the values of currents of the cutting drive motors. Based on processing of the experimental data, an indicative dependence of the power for rock mass loading on the feed rate and the effective width of the operating device is determined. Increasing the auger effective width results in increasing the loading power and specific energy consumption. At the same time, the higher the shearer feed rate, the greater the growth of the loading power and specific energy consumption. This is due to the beginning of the process of loose rock mass circulation, and the larger the auger effective width, the more intensive the circulation process, and at the lower feed rate of the shearer the process starts. A method is proposed for selecting the auger optimum effective width based on the criteria of minimum specific energy consumption and maximum commercial productivity.

Интенсификация добычи угля из шахтопластов мощностью 0,55–1,20 м требует повышения эффективности процесса погрузки разрушенного угля, что может быть обеспечено путем выбора оптимальных параметров шнекового исполнительного органа очистного комбайна. Наиболее достоверным способом установления влияния параметров шнека на энергетические параметры работы очистного комбайна являются экспериментальные исследования в реальных условиях эксплуатации. Объектами исследования выбраны очистные комбайны нового технического уровня УКД400 и УКД200-500, эксплуатирующиеся в представительных условиях шахт «Красный партизан» ГП «СВЕРДЛОВАНТРАЦИТ» и «Терновская» ПАО «ДТЭК ПАВЛОГРАДУГОЛЬ» соответственно. Предложена адаптивная под горнотехнические условия работы методика определения удельных энергозатрат разрушения и погрузки очистных комбайнов для тонких пластов в реальных условиях эксплуатации на основе фиксации значений токов двигателей приводов резания. После обработки экспериментальных данных установлена зависимость мощности на погрузку горной массы от скорости подачи и ширины захвата исполнительного органа показательного вида. С увеличением ширины захвата шнека мощность и удельные энергозатраты на погрузку возрастают тем интенсивнее, чем выше скорость подачи очистного комбайна. Это обусловлено началом процесса циркуляции разрушенной горной массы, при этом, чем больше ширина захвата шнека, тем процесс циркуляции интенсивнее и наступает при меньших значениях скорости подачи очистного комбайна. Предложен метод выбора рациональной ширины захвата шнека по критериям минимальных удельных энергозатрат и максимальной технической производительности.

очистной комбайншнековый исполнительный органпроизводительностьскорость подачи комбайнаудельные энергозатратымощность на погрузкуширина захвата

shearerauger operating deviceproductivityshearer feed ratespecific energy consumptionloading powereffective width

References1

Горные машины для подземной добычи угля: учеб. пособие для вузов / П. А. Горбатов, Г. В. Петрушкин, Н. М. Лысенко, С. В. Павленко, В. В. Косарев; под общей редакцией П. А. Горбатова. 2-е изд., перераб. и доп. Донецк: Норд Компьютер, 2006. 669 с.

Gorbatov P. A., Petrushkin G. V., Lysenko N. M., Pavlenko S. V., Kosarev V. V. Mining machinery for underground coal production. College-level Textbook. Ed. Gorbatov, P.A., 2nd revised and enlarged edition, Donetsk, Nord Computer Publ., 2006, 669 p. (in Russ.).

Нечепаев В. Г. Механо-гидравлические шнековые системы выгрузки и транспортирования. Донецк: ДонНТУ, 2005. 215 с.

Nechepaev V. G. Mechanical-hydraulic auger systems for unloading and transportation. Donetsk, DonNTU Publ., 2005, 215 p. (in Russ.).

Бойко Н. Г. Очистные комбайны для тонких пластов. Донецк: ДВНЗ «ДонНТУ», 2010. 476 с.

Boiko N. G. Shearers for thin seams. DVNZ "DonNTU" Publ., 2010, 476 p. (in Russ.).

Электрические механизмы перемещения очистных комбайнов В.П. Кондрахин, В.В. Косарев, Н.И. Стадник; под общ. ред. В. П. Кондрахина. Донецк: «Технопарк ДонНТУ «УНИТЕХ», 2010. 257 с.

Kondrakhin V. P., Kosarev V. V., Stadnik N. I. Electric mechanisms for moving shearers. Ed. Kondrakhin, V.P. Donetsk, "DonNTU Technopark "UNITEKh" Publ., 2010, 257 p. (in Russ.).

Косарев И. В., Мезников А. В. Повышение производительности очистных комбайнов с вынесенной системой подачи. Международный научно-технический журнал Вестник Донецкого национального технического университета. 2016. №6. С. 19-23.

Kosarev I. V., Meznikov A. V. Improving the performance of shearers with remote feed system. International Scientific and Technical Journal Bulletin of Donetsk National Technical University, no. 6, 2016, pp. 19-23 (in Russ.).

Гуляев В. Г. Проектирование и конструирование горных машин и комплексов. Ч. 1. Выемочные комбайны. (Теория рабочих процессов и методы повышения надежности): учеб. пособие. Донецк: «Технопарк ДонНТУ «УНИТЕХ», 2011. 322 с.

Gulyaev V. G. Design and construction of mining machinery and complexes. Part 1. Shearer loaders. (Theory of work processes and methods for improving reliability). Textbook. Donetsk, "DonNTU Technopark "UNITEKh" Publ., 2011, 322 p., illustrated (in Russ.).

Нечепаев В. Г. Исследование и определение параметров шнеков с переменным шагом очистных комбайнов для тонких пластов с целью повышения их погрузочной способности: дис... канд. техн. наук. Донецк, 1982. 240 с.

Nechepaev V. G. Studying and determination of parameters of shearer variable-pitch augers for thin seams for increasing their loading capacity. Cand. Sci. (Engineering) Dissertation. Donetsk, 1982, 240 p. (in Russ.).

Бойко Н. Г. Теория рабочих процессов комбайнов для добычи угля из тонких пологих пластов: автореф. дис… д-ра техн. наук. Донецк, 1985. 31 с.

Boiko N. G. Theory of work processes of shearers for extraction of coal from thin flat seams: Extended Abstract of Cand.Sci. (05.17.06 Engineering) Dissertation. Donetsk, 1985, 31 p. (in Russ.).

Исполнительные органы очистных комбайнов для тонких пологих пластов / Н. Г. Бойко, А. В. Болтян, В. Г. Шевцов, Н. А. Марков. Донецк: «Донеччина»,1996. 223 с.

Boiko N. G., Boltyan A. V., Shevtsov V. G., Markov N. A. Operating devices of shearers for thin flat seams. Donetsk, "Donechchina" Publ., 1996, 223 p. (in Russ.).

Проектирование и конструирование горных машин и комплексов / Г. В. Малеев, В. Г. Гуляев, Н. Г. Бойко, П. А. Горбатов, В. А. Межаков. М.: Наука, 1988. 368 с.

Maleev G. V., Gulyaev V. G., Boiko N. G., Gorbatov P. A., Mezhakov V. A. Design and construction of mining machinery and complexes. Moscow, Nauka Publ., 1988, 368 p. (in Russ.).

Солод В. И., Гетопанов В. М., Рачек В. М. Проектирование и конструирование горных машин и комплексов. М.: Недра, 1982. 350 с.

Solod V. I., Getopanov V. M., Rachek V. M. Design and construction of mining machinery and complexes. Moscow, Nedra Publ., 1982, 350 p. (in Russ.).

Солод В. И., Зайков В. И., Первов К. М. Горные машины и автоматизированные комплексы. М.: Недра, 1981. 503 с.

Solod V. I., Zaykov V. I., Pervov K. M. Mining machinery and automated complexes. Moscow, Nedra Publ., 1981, 503 p. (in Russ.).

Кантович Л. И., Гетопанов В. И. Горные машины. М.: Недра, 1989. 304 с.

Kantovich L. I., Getopanov V. I. Mining Machinery. Moscow, Nedra Publ., 1989, 304 p. (in Russ.).

Миничев В. И. Угледобывающие комбайны. М.: Машиностроение, 1976. 248 с.

Minichev V. I. Coal shearers. Moscow, Mechanical Engineering Publ., 1976, 248 p. (in Russ.).

Докукин А. В., Модинов В. В., Пшеничный И. Д. Исследование погрузочной способности шнековых исполнительных органов. М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1967. 36 с.

Dokukin A. V., Modinov V. V., Pshenichny I. D. Study of the loading capacity of auger operating devices. Moscow, IGD named after A. A. Skochinsky Publ., 1967, 36 p. (in Russ.).

Пшеничный И. Д., Модинов В. В. Исследование влияния формы винтовой поверхности на погрузочную способность шнекового органа. В кн.: Научные основы установления рациональных параметров средств выемки и доставки полезных ископаемых. М.: Наука, 1969. С. 59-69.

Pshenichny I. D., Modinov V. V. Investigation of the effect of auger surface shape on loading capacity of auger device. In: The scientific basis for determining rational parameters of operating devices for extraction and transportation of minerals. Moscow, Nauka Publ., 1969, pp. 59-69 (in Russ.).

Пшеничный И. Д., Модинов В. В. Исследование движения материала по винтовой поверхности шнекового органа комбайна. В кн.: Научные сообщения ИГД им. А.А. Скочинского. М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1969. Вып. 66. С. 30-39.

Pshenichny I. D., Modinov V. V. The study of material movement along the helical surface of auger operating device of shearer. Proceedings of IGD named after A. A. Skochinsky. Moscow, IGD named after A. A. Skochinsky Publ., 1969, no. 66, pp. 30-39 (in Russ.).

Корзюков Е. К., Затонских А. Т., Матвеев Н. В. Определение погрузочной способности исполнительного органа комбайна при работе с боковым креном. В кн.: Вопросы механизации горных работ. Кемерово: КузПИ, 1972. № 46. С. 46-51.

Korzyukov E. K., Zatonskikh A. T., Matveev N. V. Determination of loading capacity of shearer operating device when working with lateral pitch. In: Problems of mining mechanization. Kemerovo, KuzPI Publ., 1972, no. 46, pp. 46-51 (in Russ.).

Вороновский К. Ф. Исследование и установление рациональных параметров шнекового исполнительного органа угольного комбайна для маломощных пластов: дис… канд. техн. наук. М.: Московский горный институт, 1970. 182 с.

Voronovsky K. F. Research and determination of rational parameters of auger operating device of coal shearer for thin seams. Cand. Sci. (Engineering) Dissertation. Moscow, Moscow Mining Institute Publ., 1970, 182 p. (in Russ.).

Исследование и выбор оптимальной формы винтовой поверхности шнекового исполнительного органа комбайна, работающего по падению пласта / В. В. Чефранов, В. Н. Бриллинг, К. О. Миллер и др. В кн.: Научные труды КНИУИ. Караганда, 1972. № 38. С. 68-72.

Chefranov V. V., Brilling V. N., Miller K. O. et al. Research and selection of optimal shape of helical surface of helical surface of shearer auger operating device at down-dip extracting coal seam. In: KNIUI Proceedings, Karaganda, 1972, no. 38, pp. 68-72 (in Russ.).

Логинов Л. А., Макаров И. В. О перемещении частицы лопастью шнекового исполнительного органа. В кн.: Научные труды КузПИ. Вопросы механизации горных работ. Кемерово, 1975. № 75. С. 59-62.

Loginov L. A., Makarov I. V. On moving a particle by auger operating device blade. In: Problems of mining mechanization, Kemerovo, 1975, no. 75, pp. 59-62 (in Russ.).

Беликов К. Н. Экспериментальные исследования погрузочной способности шнекового исполнительного органа выемочных машин. В кн.: Повышение эффективности разработки угольных месторождений Подмосковного бассейна. М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1973. № 16. С. 135-146.

Belikov K. N. Experimental studies of the loading capacity of shearer auger operating device. In: Improving the efficiency of development of Moscow lignite basin coal deposits. Moscow, IGD named after A.A. Skochinsky Publ., 1973, no. 16, pp. 135-146 (in Russ.).

Нечепаев В. Г. Определение рациональных параметров шнеков с переменным шагом очистных комбайнов для тонких пластов, обеспечивающих повышение их погрузочной способности. 1981, № 3127. 25 с. Деп. рукопись / УкрНИИНТИ.

Nechepaev V. G. Determination of rational parameters of shearer variable-pitch augers for thin seams for increasing their loading capacity. 1981, no. 3127, 25 p. Deposited manuscript / UkrNIINTI Publ. (in Russ.).

Hackelboerger B. Automation of the shearer loader technique – an overview / Hackelboerger B., Hoelling B. // Glueckauf. 2007, № 9, pp. 404-413.

Kowal J. Control systems for multiple tool heads for rock mining / Kowal J., Podsiadlo A., Pluta J., Sapinski B. // Acta montanistica slovaca rocnik. 2003, no. 8, pp. 162-167.

Kowal J. Control systems for multiple tool heads for rock mining / Kowal J., Podsiadlo A., Pluta J., Sapinski B. // Acta montanistica slovaca rocnik, 2003, no. 8, pp. 162-167.

Tkachov V. Control automation of shearers in term of auger gumming criterion / V. Tkachov, A. Bublikov, M. Isakova // Energy efficiency improvement of geotechnical systems. Dnipropetrovs’k: Taylor & Francis Group, 2013, pp. 137-145.

Tkachev V. Automatic control of coal shearer providing effective use of installed power / V. Tkachev, A. Bublikov, N. Stadnik // Power Engineering Control & Information Technologies. Dnipropetrovs’k: Taylor & Francis Group, 2014, pp. 73–87.

Atanоv G. A. Interior ballistics of impulsive water jet. Proc. Sixth Intern. Symp. Jet Cutting Technol. Guildford. 1982, Apr. 6-8, pp. C5-141–C5-159.

Atanov G. A., Petrakov A. I. Impulsive hydrodynamic method of rock breaking. Proc. 6-th Intern. Cont. on Erosion by Liquid and Solid Impact, 1983, pp. 32-1–32-8.

Atanov G. A., Petrakov A.I. Impulsive hydrodynamic method of rock breaking. Proc. 6-th Intern. Cont. on Erosion by Liquid and Solid Impact, 1983, pp. 32-1–32-8.

Daniel I. М. Experimental studies of water jet impact on rock and rocklike materials. Third Intern. Symp. Jet Cutting Technol. Chicago, 1976, pp. В3/27–D3/46.

Daniel I.М. Experimental studies of water jet impact on rock and rocklike materials. - Third Intern. Symp. Jet Cutting Technol. Chicago. 1976, pp. В3/27–D3/46.

Еdnеу В. Е. Experimental studies of pulsed water jets. Proc. Third Intern. Symp. Jet Cutting Technol. Chicago, 1976. Pp. В2/11–В2/26.

Еdnеу В.Е. Experimental studies of pulsed water jets. Proc. Third Intern. Symp. Jet Cutting Technol. Chicago, 1976, pp. В2/11–В2/26.

Petrakov A. I., Krivorotko O. D. Some experience in developing mining roadways using experimental heading machine with pulsed water jets. Proc. Fourth Intern. Symp. Jet Cutting Technol. Canterbury, 1978, Apr. 12-14, pp. J3-23–J3-36.

Petrakov A. I., Krivorotko O. D. Some experience in developing mining roadways using experimental heading machine with pulsed water jets. - Proc. Fourth Intern. Symp. Jet Cutting Technol. Canterbury, 1978, Apr. 12-14, pp. J3-23–J3-36.

Atanov G. A. Powder impulsive water jetter. Proceeding of the 11th International Conference on Jet Cutting Technology, St Andrews, Scotland, 8-10 September, 1992, pp. 295-303.

Atanov G. A., Powder impulsive water jetter. Proceeding of the 11th International Conference on Jet Cutting Technology, St Andrews, Scotland, 8-10 September, 1992, pp. 295-303.

Atanov G. A. The Impulsive Water Jet Device: A New Machine for breaking rock. International journal of water jet technology, 1991, v.1, no. 2, pp. 85-91.

Atanov G. A., The Impulsive Water Jet Device: A new machine for breaking rock. International journal of water jet technology, 1991, v.1, N2, pp. 85-91.

Atanov G. A. Impulsive hydrodynamic method of breaking rocks and concrete. Water Jet Applications in Construction Engineering, 1998, pp. 73-89.

Atanov G. A. & Beshevly B. I. A model of the impulsive water jet device jet. Int. J. of Water Jet Technology, 1994, 2:72–77.

Atanov G. A. Indexes of breaking rocks by impulsive water jet device. Proceeding of the International Conference Geomechanics 96, Rožnov P.R. / Czech Republic / 3-6 September, 1996. Pp. 407–410.

Atanov G. A., Indexes of breaking rocks by impulsive water jet device. Proceeding of the International Conference Geomechanics 96, Rožnov P.R. / Czech Republic / 3-6 September, 1996. Pp. 407–410.

Распределение и корреляция показателей физических свойств горных пород: Справочное пособие / М. М. Протодьяконов, Р. И. Тедер, Е. И. Ильницкая и др. М.: Недра, 1981. 192 с.

Protodyakonov M. M., Teder R. I., Ilnitskaya E. I. et al. Distribution and correlation of rock physical properties indicators. Reference manual. Moscow, Nedra Publ., 1981, 192 p. (in Russ.).

Кудлай Р. А. Блок регистрации произошедших событий на проходческом комбайне / Р. А. Кудлай, А. В. Мезников, Н. И. Стадник // Решение научно-технических проблем при создании и внедрении современного горношахтного оборудования. Донецк: Астро, 2008. С. 647-660.

Kudlay R. A. Block for event registration at roadheader./ In: Kudlay, R.A., Meznikov, A.V., Stadnik, N.I. Solution of scientific and technical problems in creation and implementation of modern mining equipment. Donetsk, Astro Publ., 2008, pp. 647-660 (in Russ.).

Шабаев О. Е. Методика определения удельных энергозатрат разрушения и погрузки очистных комбайнов для тонких пластов в реальных условиях эксплуатации / О. Е. Шабаев, В. Г. Нечепаев, П. П. Зинченко, А. В. Мезников, А. В. Коваленко // Вестник Донецкого национального технического университета. № 4. 2017. С. 28-33.

Shabaev O. E. Techniques for determining the specific energy consumption of destruction and loading of shearers for thin layers in real operating conditions./ Shabaev O. E., Nechepaev V. G., Zinchenko P. P., Meznikov A. V., Kovalenko A. V. Bulletin of Donetsk National Technical University, no. 4, 2017, pp. 28-33 (in Russ.).

Шабаев. О. Е. Методика определения оптимальной ширины захвата шнекового исполнительного органа очистных комбайнов / О. Е. Шабаев, В. Г. Нечепаев, П. П. Зинченко // Машиностроение и техносфера XXI века: сб. тр. XXV междунар. науч.-техн. конф. в г. Севастополе, Донецк. 2018. Т. 2. С. 237-243.

Shabaev O. E. Techniques for determining the optimal width of shearer auger operating device. / Shabaev O. E., Nechepaev V. G., Zinchenko P. P. In: Mechanical Engineering and Technosphere of the XXI Century. Proceedings of the XXV International Scientific and Technical Conference in Sevastopol, Donetsk, 2018, v. 2, pp. 237-243 (in Russ.).

КД 12.10.040-99. Изделия угольного машиностроения. Комбайны очистные. Методика выбора параметров и расчета сил резания и подачи на исполнительных органах (взамен ОСТ12.44.258-84). Введен с 01.01.2000. Донецк: Минуглепром Украины, 1999. 75 с.

KD 12.10.040-99. Coal machine building products. Shearers. Methods for selecting parameters and calculating cutting and feeding forces at operating devices (replaces OST12.44.258-84). Effective from 01.01.2000. Donetsk, Minugleprom of Ukraine, 1999, 75 p. (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.