Mechanizacja prac górniczych
Transkrypt
Mechanizacja prac górniczych
1 WYZNACZANIE OPORÓW URABIANIA ZA POMOCĄ PRZYRZĄDU P O U -B W /01-W A P 1.1 WPROWADZENIE G órnictwo w ęgla kam iennego, które w Polsce je st strategiczną gałęzią przem ysłu (szczególnie w regionie górnośląskim ), charakteryzuje się złożonością i specyfiką problem ów związanych z użytkow aniem środków technicznych. Rozwój mechanizacji urabiania pokładów w ęglowych, stosowanie maszyn o różnych konstrukcjach organów urabiających, ja k i zainstalow anych mocach, spowodowały potrzebę oceny i klasyfikacji pokładów w ęglow ych pod względem urabialności, w celu prawidłowej lokalizacji stosowanych maszyn oraz prognozow ania ich energochłonności. Aby uw zględnić całą złożoność tego problemu, proces urabiania w ęgla należy rozpatrywać jak o proces wzajem nego oddziaływania: calizna w ęglow a - maszyna. Operacja skrawania, realizow ana przez kom bajn za pośrednictwem głowicy urabiającej polega na oddzieleniu cząstek skały lub calizny w sposób m echaniczny za pom ocą narzędzi skrawających, um ieszczonych na płatach oraz tarczy organu urabiającego. U rabianie w ynika z faktu złożenia się dwóch ruchów głowicy urabiającej ścianowego kom bajnu bębnow ego ruchu obrotowego oraz postępowego. Przyjm ujem y, że ruchem głównym je st ruch obrotowy organu urabiającego w yrażony poprzez prędkość skrawania, natom iast ruch postępowy całego kom bajnu to ruch pomocniczy. Obecnie stosowane ścianowe kom bajny bębnow e zaopatrzone są w głowice ślimakowe, których budow a w raz z odpowiednim układem nożowym pow inna zapewnić jak najlepsze efekty urabiania, a w ięc małe zużycie mocy, dużą wydajność oraz małe rozdrobnienie węgla. 1.2. URABIALNOŚĆ U rabialność w szerokim znaczeniu m ożna definiować, jako interakcja pomiędzy urabianym m ateriałem a m aszyną urabiającą. W swej istocie je st to opór jaki stawia urabiany (rozdrobniony) materiał organowi urabiającem u maszyny. D latego urabialność można zaliczyć do właściwości mechanicznych urabianej kopaliny użytecznej (węgiel kamienny, brunatny, skały). Jednoznaczne zdefiniow anie urabialności praktycznie je st niem ożliwe ze w zględu na w pływ na nią bardzo w ielu czynników - m iędzy innymi sposób urabiania. U rabialność traktow ana je st również jako w łaściw ość technologiczna. W zależności od techniki urabiania może być również określana następująco: przy wierceniu zw iercalność 9 przy urabianiu głębinowym przy urabianiu odkrywkowym urabialność, skrawalność opór odspajania W każdym z w /w procesów urabiania istotny je st proces technologiczny w nim zastosowany. Pom iędzy powyższymi procesam i zależności są bardzo luźne. D latego wyniki uzyskane w jednym procesie urabiania nie m ożna aproksym ować na inny proces. Proces urabiania m ożna podzielić na aktywny i pasywny. W pływ urabianego materiału na zużycie zastosow anego do tego procesu narzędzia, je st uznaw ane jako urabialność aktywna. U rabialność pasyw na obejmuje w szystkie te param etry które m ają w pływ na wnikanie w głąb narzędzia urabiającego i odspajanie części urobionej od calizny. Proces urabiania który odbywa się w w arunkach naturalnych z zastosowaniem konkretnej technologii je st procesem złożonym [7, 9]. Proces ten najczęściej znacznie różni się od przyjętego modelu. Złożoność tego procesu przedstawiona została na rys. 1.1. Param etry geologiczne m ożna wyznaczyć jako zespół właściwości mechanicznych i petrograficznych. Z punktu w idzenia urabialności w śród właściw ości m echanicznych najistotniejsze to w ytrzym ałość na ściskanie. N atom iast na właściwości petrograficzne wpływ m a skład mineralny, udział m inerałów tw ardych a także skład ziarnowy. Pojedyncza właściw ość nie może być decydującym param etrem , który decyduje o urabialności. Param etry te są niezmienne, tzn. nie mamy możliw ości w pływ u na ich zmianę. * ^ Par.irtieiry Rys. 1.1 P a ra m e try w pływ ające n a u rab ia ln o ść Param etry techniczne są określone w łaściwościam i narzędzia urabiającego, które je st ściśle związane z przyjętą technologią urabiania. D o tych właściw ości m ożna zaliczyć geom etrię ostrza oraz materiał z którego zostało wykonane narzędzie. W ybór narzędzia dokonuje się przed rozpoczęciem procesu urabiania i nie dokonuje się zm iany w trakcie procesu urabiania, pom im o zm ieniających się w arunków górniczo-geologicznych. Param etry technologiczne są określone param etram i technicznym i m aszyny urabiającej. Zalicza się do nich prędkość obrotow ą głowicy, prędkość posuwu które z kolei określają w ielkość bruzdy skrawu, wydajność. W przypadku braku pełnej automatyzacji procesu urabiania, na proces urabiania w pływ m a rów nież czynnik ludzki. W trakcie całego procesu urabiania operator zm ienia param etry urabiania w w yniku zm ieniających się w arunków 10 górniczo-geologicznych. Zm iana ta następuje w w yniku subiektywnych decyzji, a w ynika ona z doświadczenia. M ają one w iększy lub mniejszy w pływ na proces urabiania. Ostatnia grupa param etrów która m a w pływ na proces urabiania je st trudna do przewidzenia. M ożem y tutaj zaliczyć stan naprężenia w strefie pracy m aszyny urabiającej, jego w ielkość a także zm ieniający się skład petrograficzny oraz tem peratura kopaliny. W ynika stąd, że w miarę obiektyw ne określenie urabialności je st niem ożliwe bez uw zględnienia w /w parametrów. Stąd do każdej technologii urabiania należy stosować inną m etodę w yznaczania urabialności. Jak w ynika z przeprowadzonej analizy, m etody w yznaczania urabialności m uszą się znacznie m iędzy sobą różnić [9]. D latego też, m ogą być stosowane różne m etody w yznaczania urabialności tak w laboratorium (na stanowisku badaw czym ) ja k i „in situ” . 1.3. DOBÓR PRZYRZĄDU DO WYZNACZANIA OPORÓW URABIANIA Opory urabiania calizny węglowej w yrażone za pom ocą w skaźnika urabialności m uszą uw zględniać właściwości m echaniczne pokładu w ęglow ego a także mieć możliwość: • odwzorowania rzeczywistego charakteru pracy m aszyny urabiającej, • prow adzenia skrawów grubych, • w ykonywania skrawów we w szystkich m ożliw ych stanach naprężenia i odkształcenia, • prow adzenia skrawów pom iarowych dla dowolnego kierunku i zw rotu urabiania, • prow adzenia skrawów ostrzem rzeczywistym w celu pom inięcia w pływ u geometrii noża na wyniki, • w ykonywania skrawów pom iarowych w w arunkach laboratoryjnych oraz „in situ” . Praw idłow o w yznaczony w skaźnik urabialności pow inien um ożliw ić przy zastosow aniu odpowiedniej m etodyki obliczeń: • określenie chwilowej mocy urabiania, • w yznaczenia wartości sił na nożach urabiających znajdujących się na płatach ślimakowych, • w yznaczenia wartości sił na nożach urabiających zam ocow anych na tarczy odcinającej, • prowadzenie atestacji maszyn. Powyższe kryteria spełnia przyrząd PO U -BW /01-W A P (rys. 1.2) szczegółowo opisany został w pracach [2, 3, 4, 5, 6]. Przyrząd do w yznaczania oporów urabiania POU -BW /01W AP je st m odyfikacją przyrządu POS-1, eliminującym pewne m ankam enty poprzedniego przyrządu, a jednocześnie um ożliw iającym pom iar dotychczas nie w yznaczanego param etru mocy urabiania. K oncepcja przyrządu PO U -BW /01-W A P do w yznaczania oporów urabiania oparta została na w ykorzystaniu aktuatora, stosowanego powszechnie w konstrukcji urządzeń, gdzie istotna je st zam iana ruchu posuwistego na ruch obrotowy, bez dodatkowych urządzeń. Przedstaw iony przyrząd został nazwany PO U - przyrząd określający urabialność. Przyrząd PO U -BW /01-W A P techniką urabiania odwzorowuje sposób pracy narzędzi instalow anych w głowicach urabiających, przy czym główny kierunek i zw rot urabiania je st ten sam. Skraw pomiarowy, w ykonany przyrządem POU -BW /01-W AP, m a zm ienny kierunek skrawania, poczynając od poziom ego poprzez pionowy do poziomego, ale o przeciwnym na 11 końcu zwrocie (rys. 1.2). Podobnie przedstawia się urabianie głowicą urabiającą ścianowego kom bajnu bębnowego. Za pom ocą przyrządu PO U -BW /01-W A P istnieje m ożliw ość w ykonyw ania skrawów pom iarowych w dowolnej płaszczyźnie, tak w w yrobisku ścianowym ja k i na stanowisku badawczym. Przyrząd składa się z następujących części (rys.1.2) [10]: 1 - stojaki SHI/SHC, 2 - ram a m ocowana do stojaków, 3 - suport (wózek) z aktuatorem, 4 - ramię z nożem pomiarowym, 5 - zestaw urządzeń do rejestracji i pom iaru sił skrawania w ęgla (PSSW ) [11]. Rys.1.2 P rzy rząd POU-BW/01-WAP O brót ram ienia następuje w w yniku podania emulsji wodno-olejowej pod ciśnieniem do aktuatora, który pow oduje obrót ramienia, um ożliw iając tym samym zagłębienie się noża pom iarowego w badany pokład węgla. K ąt obrotu m ożna ograniczać w sposób mechaniczny, bądź hydrauliczny (zastosowanie w yłącznika krańcowego, bądź wyłączenie ruchu roboczego po podaniu odpowiedniej ilości oleju). Sposób pom iaru i rejestracji sił w ystępujących w procesie skrawania, który został zastosowany i wykorzystany w przyrządzie POU -BW /01-W AP, charakteryzuję się prostotą oraz dokładnością pomiaru. Poniew aż przyrząd został wyposażony w dw a niezależne układy rejestrujące, w zw iązku z tym istnieje m ożliw ość weryfikacji uzyskanych w yników pom iarów - siły skrawania (F s) oraz siły docisku noża (F d) (rys. 1.3). 12 Rys. 1.3 U kład p o m iaro w o -re jestru ją cy W ykorzystując wyniki pom iarów m ożna określić klasę w ęgla (sklasyfikow ać w g trudności urabiania), a tym samym w yznaczyć przew idyw aną moc ścianowego kombajnu bębnow ego pracującego w konkretnych w arunkach geologiczno-górniczych. Przed m ontażem w ścianie przyrząd należy wyskalować, korzystając w tym celu z przepływom ierza w budow anego w układ hydrauliczny oraz zaw orów dławiących na magistralach zasilających. Przeprow adzając skalowanie w yznacza się moc, potrzebną do pokonania oporów w łasnych przyrządu [8]. Obliczona w ten sposób popraw ka potrzebna jest do w yznaczenia właściwej w ykonaniu ruchu mocy procesu urabiania. Przesterow anie roboczego pow oduje pow rót ramienia przyrządu rozdzielacza po do położenia wyjściowego. PODSUMOWANIE W aktualnie produkow anych ścianowych kom bajnach bębnow ych szeroko stosowane są noże stożkowe oraz stożkowo-obrotowe. W związku z powyższym należałoby sporządzić klasyfikacje polskich pokładów w ęglow ych dla tej grupy noży. D o tego celu m a służyć przyrząd do w yznaczania oporów urabiania POU -BW /01-W AP, który je st modyfikacją przyrządu POS-1, eliminujący pew ne m ankam enty poprzedniego przyrządu, a jednocześnie um ożliw iający pom iar dotychczas nie w yznaczanych parametrów. W ykorzystując wyniki pom iarów m ożna określić klasę węgla, a tym samym przew idyw aną moc ścianowego kom bajnu bębnow ego pracującego w konkretnych warunkach 13 górniczo-geologicznych [1]. W ażność zagadnienia, jakim je st pom iar i ocena urabialności w ęgla (skał), potw ierdza ilość opracowanych m etod jego pomiaru w różnych ośrodkach naukow ych na świecie [7]. Z dotychczas przeprow adzonych badań oraz analiz wynika, że w ielkość w skaźnika urabialności (skrawalności), ma istotny w pływ na moc, w ydajność oraz trw ałość i niezaw odność pracy urządzeń urabiających. W ynika stąd również, że param etr ten m a decydujący w pływ na energochłonność, instalow aną moc oraz gabaryty m aszyny urabiającej, a tym samym w pływ a na koszty zakupu i eksploatacji. D uże moce instalowane na m aszynach urabiających zw iększają gabaryty maszyn, w pływ ają na w zrost zagrożenia klimatycznego, zaburzenia w przepływie powietrza, zagrożenie metanowe, czy w reszcie konieczność w ykonywania w yrobisk o w iększych przekrojach. D latego tak istotny je st pom iar urabialności węgla, który pozwoli na optym alny dobór param etrów eksploatacyjnych m aszyn urabiających i może być jednym z decydujących czynników dla oceny m ożliw ości efektywnej eksploatacji. W ykorzystując wyniki pom iarów m ożna określić klasę w ęgla (sklasyfikow ać w g trudności urabiania), a tym samym przew idyw aną moc ścianowego kom bajnu bębnow ego pracującego w konkretnych w arunkach górniczo-geologicznych. Istotną now ością przyrządu POU -BW /01-W AP je st m ożliw ość bezpośredniego pomiaru mocy urabiania - parametru, który nie był w yznaczany za pom ocą znanych, istniejących przyrządów. Przyrząd POU -BW /01-W AP, został dostrzeżony i nagrodzony za swe innowacyjne rozw iązania na w ielu M iędzynarodow ych Targach, W ystaw ach Innowacji Technologicznych: 1. Brusseles Eureka. Srebrny medal w Brukseli na europejskich targach - THE B E LG IA N A N D INTERNATIO NAL T R A D E F A IR FO R TECHNOLOGICAL INNO VATIO N. Instrum ent determ ining w orkability o f coal or rock enclosing the coal deposit - POUBW /01-W A P. Bruksela/Belgia, 17 listopad 2012. 2. Dyplom M inistra Nauki i Szkolnictwa W yższego za rozw iązanie - Przyrząd określający urabialność w ęgla lub skał otaczających złoże w ęglow e - PO U -BW /01-W A P. - XX GIEŁDA W Y N A LA ZK Ó W W Y RÓ ŻN IO N Y CH N A ŚW IATOW YCH W Y STA W A C H w 2012r. W arszaw a luty 2013. 3. N arodow a W ystaw a Badań i Innowacji BA C Â U 2013. Diploma de excelenjâ. POUBW /01-W A P. Bacau/Rum unia, 19-21.09.2013. 4. M iędzynarodowe Targi W ynalazków i Technologii INST 2013. Dyplom INST - Excellent Idea Certificate. PO U-BW /01-W AP. Taipei/Tajwan, 26-29 w rześnia 2013. 5. M iędzynarodowe Targi W ynalazków i Technologii INST 2013. N agroda specjalna: M edal i Dyplom od delegacji z Japonii - Leading Innovation Award PO U-BW /01-W AP. Taipei/Tajwan, 26-29 w rześnia 2013. 6. Dyplom M inistra Nauki i Szkolnictwa W yższego za projekt pod nazwą: Przyrząd określający urabialność w ęgla lub skał otaczających złoże w ęglow e - PO U -B W /01-W A P. W arszaw a luty 2014. W przyrządzie tym zostały zastosow ane najnow ocześniejsze rozwiązania, tak pod 14 względem konstrukcji ja k i pomiaru oraz rejestracji m ierzonych wartości. Posiada certyfikat ATEX, I M 2 E x ib I M b, um ożliw iający pracę w w arunkach rzeczywistych (zakładach górniczych), jak o urządzenia przeznaczonego do użytku w przestrzeniach zagrożonych wybuchem - zgodnie z dyrektyw ą 94/9/EC. DIPLOMA Eureka! '■ I B R U S S E L S ' S ft 15 16 : Salonul National al Cercetarii InovSrii A BACAU 2013 DE EXCELENTA I Se acorda: TECHNICAL UNIVERSITY OF SILESIA P O U -B W /0 1 -W A P pentru activitatea de cercetare §i inventica. ^ W * 2D1& TAIPEI IN T L INVENTION SHOW & TECNNOM ARi »8 8 A ; SfLESlAN LTNCVERStTY OF TECHNOLOGY Faculty i>f Of^jn ¡zatian antf Management rnstiiuw of Pnodmclion Engjn##r.ing 2 =ft^+ra : POU-BWflJl-WAP Ilia r 2 0 1 3 ¥ i3 J t a ig S B IB t iiij3 E a ® j - s u m n M ^ a S f i H f j * i $ 2 0 l3 i9 ^ 2 f iB J K * ih m This Eifcei'lejir JdM Certificate is presented v> Product : FOU-RW/D1 WAP fn recognition tor Ihe invention Imvintor: SJ4.ES1A.N UNIVERSITY OF TECHNOLOGY -flcvlty of Organiiaiion ¿nd Managimsnr ]rt£!hu(te ot Production ingineefing 2013 Taipe i In te rn a tio n a l in v e n t io n S h o w & T e c h n o m art in v e n t io n C o n te s t A w a rd C o m m itte e C h a ir S e p te m b e r 28,2013, Taipe i C it y 18 19 ZG Przyrząd POU -BW /01-W AP, został zgłoszony do U rzędu Patentow ego Rzeczpospolitej Polskiej o udzielenie patentu. W niosek został przyjęty dnia 20.04.2012 i zarejestrow any pod numerem P.398897 jako: Przyrząd określający urabialność w ęgla lub skał otaczających złoże. W ar j a w a . 2012-04-20 UJŁL^D PATENTOW Y R z e c z y p o s p o lite j p o ls k ie j Kancelaria Ofrito* Al. NtEpodlcgjofci L33/192 00.950 W )iw w t ski. poczt. 203 LA-JILT J M Bf 7;Fotw. ] /t»tew POLITECHNIKA ¿LĄS-fŁA BIURO RZECZNIKA PATEVTOWE<jO r¿/k i pat. Urszula ZińHułY^ki ul. Akademicka 2 A 44-100 O liw i« N * » d a * : B A-H i/P .JiSSW fl^Eitw t/l5JKflv Yfasz m a t: RR ] &Tai I J K O ] 2 POTWIERDZENIE UfE^d PSBiiliJwy B-P stwierdza, £e dnia 301I-Oi-ZG p r^ ję lo wniosek o tktoieltrtic patentu na wynalazek p : Przyreąd określający łj™jpfnl£atf *<*1* lnh skal otaczających *lote wfghurc Zgłoszenie omacnjj» (ULmercm FJ9S897 [W IPOST W C PU 9SS97J SjJaKaj^cj; P OLriECH NUĆA &LĄ5KA, Gliwice, Potilł* PouCMfik; 1. Strtjny Oraz k ii p ran b iaw iticlc i pełnomocnicy maj^ obowiązek zawia/kunci Urząd o każdej zmianie s™qjeBa- adresu. V r ł j j i zaniedbania lego o tu w ii^ k u di^e-jeiiie pisma pod {fcnycJicza$owyiii adresem ma skutek prawny {an. 4 1 kpa), 2. W Lmjpiniifcncji l u J n y p>wohnrad się M itr PJ9SS97. 3. O zfljojK diu wrynaLutu U ra^i Patentowy dokonuje oglOszeoia niczwtocMiie pu upływie LB miesięcy ad daty pierwszeństwa do uzyskania pałaniu. p a s a j ą c y m oJe w uŁrcue 12 miesięcy od d*ty pierwszeAsn™ wnitaelt o dokonanie ogłoszenia w terminie wiczeimeiLzymt itrf, 43 ustawy Pławo Wbwuriei Frzemyiiciwcj Jl 21 LITERATURA 1. Biały W.: Em piryczne prognozow anie m ocy ścianowych kom bajnów bębnowych. Gliwice: W ydaw nictw o Politechniki Śląskiej Zeszyty N aukow e seria G órnictw o z. 262, 2005. stron 175. ISSN 0372-9508. 2. Biały W.: P rzyrząd do badania urabialności w ęgla i skał otaczających złoże. Rozdział 4. Problem y bezpieczeństw a w budow ie i eksploatacji maszyn i urządzeń górnictwa podziemnego. M onografia red. K rauze K. Centrum Badań i D ozoru Górnictwa Podziem nego Sp. z o.o. Lędziny 2012. ISBN 978-83-929335-7-1. s. 42-52. 3. Biały W.: P rzyrząd PO U -BW /01-W AP określający urabialność w ęgla i skał otaczających złoże. X X II Szkoła Eksploatacji Podziemnej 18-22.02.2013 Kraków. str. 65 + CD. 4. Biały W.: Innowacyjne narzędzia do wyznaczania właściw ości m echanicznych węgla. Przegląd Górniczy nr 6/2013. Katowice. ISSN 0033-26X. s. 17-26. 5. Biały W.: Sposób pom iaru sił na głow icy urabiającej przyrządu POU-BW /01-W AP. Rozdział 8. Problem y bezpieczeństw a w budow ie i eksploatacji m aszyn i urządzeń górnictwa podziemnego. M onografia red. K rauze K. Centrum Badań i D ozoru G órnictwa Podziem nego Sp. z o.o. Lędziny 2013. ISBN 978-83-936657-0-9. s. 86-96. 6. Biały W.: The effect o f experim ental research on the durability a n d reliability o f m ining equipment. Scientific Journals M aritim e U niversity o f Szczecin 2013, 34(106) ISSN 1733-8670. str. 27-34. 7. Biały W.: The selection o f optim al m ethod determ ining m echanical properties o f coal layers. M anagem ent Systems in Production Engineering 2/2011. s. 26-30. 8. M izgała J., Biały W.: Wyznaczanie wartości sił na głow icy urabiającej przyrządu PO U BM /1. Przegląd Górniczy nr 9/2007. ISSN 0033-26X str. 24-30. 9. Vostova V., K rem en T., Fries J., Sladkova D., Jurm an J.: Progresivni technika v technologiich zem m ch praci. W ydaw nictw o Ceske Vysoke Uceni Technicke v Praze. Fakulta strojni Praha. 2008. 10. D okum entacja Techniczno-Ruchowa Przyrządu POU-BW /01-W AP. W elding Alloys Polska sp. z o.o. Gliwice 2012. 11. 22 D okum entacja Techniczno-Ruchowa - U rządzenie do Pom iaru Siły Skrawania W ęgla. ITI EM AG, K atow ice 2012. WYZNACZANIE OPORÓW URABIANIA ZA POMOCĄ PRZYRZĄDU POU-BW/01-WAP S treszczenie: Przedstawiono przyrząd do wyznaczania oporów urabiania POU-BW/01-WAP. Przyrząd ten jest udoskonaloną wersję przyrządu POS-1, który został opracowany w ITG „KOMAG, odwzorowując charakter pracy ścianowych kombajnów bębnowych. Za pomocą przyrządu POUBW/01-WAP istnieje możliwość wykonywania skrawów pomiarowych w dowolnej płaszczyźnie, tak w wyrobisku ścianowym ja k i na stanowisku badawczym. Jest jedynym na świecie przyrządem, który umożliwia równoczesny pomiar dwu składowych sił skrawania - siły skrawania Fs oraz siły docisku noża do calizny Fd. Posiada certyfikat ATEX, umożliwiający pracę w warunkach rzeczywistych (zakładach górniczych), jako urządzenia przeznaczonego do użytku w przestrzeniach zagrożonych wybuchem zgodnie z dyrektywą 94/9/EC. Słowa kluczow e: przyrząd do wyznaczania oporów urabiania, urabialność, pomiary, klasyfikacja pokładów węglowych dr hab. inż. Witold BIAŁY, prof. Pol. Śl. Politechnika Śląska Gliwice, Wydział Organizacji i Zarządzania Instytut Inżynierii Produkcji ul. Roosevelta 26, 41-800 Zabrze tel. +4832 277 7349 e-mail:[email protected] 23