КОМПЛЕКСНАЯ МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

Главная       Учебники - Горное дело      Введение в специальность горного инженера (Савенко Ю.Ф.)

 поиск по сайту     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  ..

 

 

9. КОМПЛЕКСНАЯ МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ



Специфика горного производства—в высокой трудоемкости подземных работ. Только комплексная механизация и автоматизация может освободить людей от тяжелой и опасной работы.

Под комплексной понимается такая механизация, при которой все работы осуществляются машинами и механизмами, причем производительность машин последующего звена несколько выше предыдущего. Научно-техническая мысль идет дальше: освободить человека и от управления машинами, внедрить систему автоматического управления.

История развития механизации горной промышленности вообще и угольной в частности неразрывно связана с историей развития этих отраслей. Угольная промышленность — одна из наиболее молодых отраслей горного производства. На раннем этапе истории человек не испытывал потребности в минеральном топливе. Первое упоминание о применении угля в этом качестве появилось только у древних греков. До нашей эры уголь довольно широко использовался в Китае.

В XVII в. для дальнейшего развития промышленности надо было развивать металлургию — отрасль, которая потребляет много топлива. В то время для выплавки металла использовалось огромное количество древесного угля. Появилась угроза истребления лесов развитых стран и их соседей. Начались поиски возможностей замены древесного топлива минеральным.

В 1735 г. был открыт способ получения кокса из каменного угля. Переход металлургической промышленности к доменному процессу на коксе резко повысил потребность в каменном угле.

В России металлургическая промышленность стала бурно развиваться начиная с последней четверти XIX в. на базе донецких углей п криворожской руды. Следующим мировым эпохальным событием явилось изобретение паровой машины. Уголь начал применяться как энергетическое топливо. Одновременно это изобретение способствовало развитию сети железных дорог, расширилась география применения угля.

Третьим событием явилось применение угля в качестве энергетического топлива для производства электрической энергии на крупных тепловых электростанциях (конец XIX — начало XX вв.).

Колоссальная потребность в минеральном топливе, сложные условия труда, невозможность путем простого увеличения рабочей силы резко увеличить объем добычи угля активизировали инженерную мысль. В результате механизация добычи стала развиваться быстрее. С изобретением пороха в горном деле начали применяться буровзрывные работы.

Для бурения шпуров и скважин используются различные бурильные машины, которые работают на принципах вращения рабочего инструмента, а также статического напора или динамического удара по инструменту. Затем применяются более прогрессивные немеханические способы бурения: термический, взрывной, электроимпульсный, ультразвуковой, электрогид-равлическнй.

Во второй половине прошлого века на подземных работах стали использовать сжатый воздух, постоянный н переменный электрический ток. В конце XIX в. в качестве двигателя применены асинхронные машины с короткозамкнутым ротором. В середине прошлого века внедрена первая машина для производства вруба (врубом называется полость, вырезанная в угольном пласте для создания дополнительной плоскости обнажения, что повышает эффективность взрывных работ).

Механизация зарубки была обеспечена путем создания цепной врубовой машины, состоящей из исполнительного органа, двигателя, механизма перемещения и набора передач. Исполнительный орган — бар. Его составные части направляющая рама, направляющее и натяжное устройства, режущая цепь. Последняя движется в ручье направляющей рамы, неся на себе режущие зубки, разрушающие пласт. Этот исполнительный орган применяется в различных модификациях п в настоящее время. На базе врубовой машины был создан комбайн. Его отличительная особенность в том, что он выполняет одновременно операции по отделению полезных ископаемых от массива, дроблению и погрузке па транспортные средства.

В комбайностроении наша страна является пионером. Первый комбайн для очистной выемки был создан и испытан в 30-х годах на шахте комбината «Первомайскуголь» (Донбасс) механиком Бахмутским. Этим продемонстрирована принципиальная возможность создания комбайнов высокой производительности. Особенно бурное развитие получило комбайностроение после Великой Отечественной войны. Создавать комбайны стали все высокоразвитые угледобывающие страны Европы: Англия, Западная Германия, Франция, Польша.

Комбайны делятся на две группы: узкозахватные и широкозахватные. Ширина захвата — это ширина полоски угля, снимаемой при движении вдоль лавы. Широкозахватные снимают полоску шириной более одного метра, узкозахватные — менее одного метра.

Чаще всего широкозахватные комбайны оснащены цепным или смешанным (цепным и штанговым или цепным и корончатым) исполнительным органом. Узкозахватный комбайн оснащается шнековыми, барабанными, буровыми исполнительными органами или их комбинацией с одним из цепных исполнительных органов.

Угольный комбайн — основная машина при комплексной механизации очистных работ. Он определяет технологическую схему ведения процесса, расположение оборудования в забое. Например, узкозахватный комбайн определил прогрессивную технологию, при которой конвейер передвигается без разборки, сокращается ширина призабойного пространства, комбайн перемешается по раме конвейера по односторонней или Челноковой схеме.

Важную роль играет способ подачи комбайна (его перемещения вдоль забоя). В настоящее время механизированная подача встречается двух типов: встроенная и вынесенная. Встроенные механизмы размещаются непосредственно на комбайне и перемещают его вдоль забоя с рабочей или маневровой скоростью. Это основной тин подачи. Регулирование рабочей скорости подачи осуществляется бесступенчато: кинематическая схема включает, как правило, гидравлическую подачу, состоящую из насоса с регулируемой производительностью и гидродвигателя. Аналогичную передачу имеют и вынесенные механизированные подачи. Разница в том, что они не располагаются па движущейся машине, а установлены по концам лавы.

Ученые работают над созданием еще более производительных комбайнов с бесцепным механизмом перемещения.

Механизированные крепи являются одной из основных составных частей комплекта, комплекса или агрегата. Комплектом называется специально подобранное серийно выпускаемое оборудование. В него входят механизированная крепь, очистная машина и забойный конвейер. Машины подходят друг другу по техническим характеристикам и могут работать совместно в очистном забое.

Комплекс — это та же группа машин, но специально спроектированных для совместной работы по механизированной очистной выемке. Допускается и автономная работа оборудования в других сочетаниях.

Агрегат — специальное оборудование для добычи угля. Использовать его составные части и других комплексах невозможно.

В последние годы комплексная механизация в очистном забое приобретает все большее значение. Это единственный путь для осуществления безлюдной выемки угля. Обязанности человека в данном случае сводятся к контролен?, управлению и ремонту.

В последние годы широкое распространение получили струги. В основном они статического действия. Перемещаясь вдоль лавы, струг разрушает уголь и грузит его на забойный конвейер. Фиксируется струг в забое под действием тяговой и холостой ветвей круглозвенной цепи и с помощью специальных прижимных домкратов, передающих давление на струг через став забойного конвейера.

Струговая выемка угля имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с другими способами. Главные из них — повышение сортности угля и отсутствие необходимости подводить энергию к перемещающемуся по лаве стругу. Однако если не приме-пять специальных способов понижения крепости угля, то область использования струговых установок ограничивается пластами ниже средней крепости и невязкими.

Важная проблема — механизация проведения горных выработок. Создание проходческих машин усложняется тем, что выработки проводятся по породам с разными физико-механическими свойствами, разных сечений и углов наклона (от 0 до 90°). Часто, особенно в Донбассе, выработки ведут смешанным забоем — по углю и по породе.

История создания проходческих машин начинается с конца прошлого столетия от проходческих щитов Инглиша, Прайса, машины Калери. На первых порах был механизирован такой трудоемкий процесс, как погрузка угля и породы, созданы погрузочные машины прерывного и непрерывного действия. В настоящее время взят курс на создание проходческих комбайнов со сплошным и с избирательным разрушением забоя. Каждая из этих групп имеет свои достоинства и недостатки. Одним из основных вопросов в области комбайностроения является создание надежного высокопрочного инструмента для разрушения массива.

Уголь и порода должны транспортироваться по подземным выработкам. В наше время транспортировка горной массы по горизонтальным выработкам легла на плечи большегрузных вагонеток с мощными электровозами и на ленточные конвейеры.

Канатная кресельная дорога постепенно вытесняет механизированную доставку людей в специальных вагонетках по наклонным выработкам.

Для повышения пропускной способности около-ствольных дворов наметилась тенденция применения вагонеток с донной разгрузкой.

В качестве локомотивов в выработках с исходящей струей воздуха применяются электровозы во взрывобезопасном исполнении, гировозы (используется кинетическая энергия ранее раскрученного маховика) и воздуховозы. Проводятся исследования по использованию дизелевозов и высокочастотных электровозов.

На горнодобывающих предприятиях применяются также мощные стационарные подъемные, водоотливные, компрессорные, вентиляторные установки.

 

Для глубоких шахт прогрессивны многоканатные подъемные машины. Водоотлив в основном осуществляется насосами. На шахтах, применяющих сжатый воздух, сооружаются компрессорные установки. На смену поршневым компрессорам приходят более мощные трубокомпрессоры. Вентиляторы главного проветривания бывают осевые и центробежные. Предпочтительны последние, так как у них выше производительность п депрессия и менее вредный (низкочастотный) шум.

К числу важнейших видов автоматизации угледобывающего производства относятся: управление

стационарными машинами, как местное, так и дистанционное, контроль загазованности в очистном забое, выполнение вычислительных операций и др. Конечная цель — комплексная автоматизация всех производственных процессов в шахте и на поверхности.

Надежным помощником горным инженерам в управлении производством может быть кибернетика — наука, которая изучает общие принципы управления сложными динамическими системами, куда входят шахты, карьеры и рудники.

Кибернетика в горном производстве может быть использована как при разработке методов оптимального управления, так и при создании автоматических устройств. Например, машинисту электровоза необходимо знать оптимальный вариант управления движением состава вагонеток.

Решение такого уравнения отнимает 10—20 мин даже у опытного специалиста. Самому машинисту такая задача не под силу. Здесь нужно использовать кибернетическое устройство.
Инженеры-конструкторы горных машин трудятся (и небезуспешно) над созданием надежных, долговечных, достаточно мощных машин. Главные направления работы — повышение мощности привода добычных машин до 600 кВт, увеличение напряжения до 1040 В, автоматическое регулирование основных параметров, применение машин с подачей без гибкого тягового органа, дистанционное радиоуправление, применение биодатчиков и др. Решение этих вопросов позволит перейти к комплексной механизации и автоматизации производственных процессов как в очистных и подготовительных забоях, так и на шахте в целом.