Разработка конструктивной схемы крепления со статическим исполнительным органом

Рабочий механизм крепи КАМ-1с, т.е. по существу секции крепи, состоит из двух существенно различных по характеру действия частей. Для одной части – перекрытий, оснований и гидростоек выполнение функции связано, главным образом, с восприятием значительных нагрузок при малых скоростях движении рабочего органа (что, однако не исключает возникновения динамических явлений в системе крепь-вмещающие породы), причем, эти функции выполняются в рабочие смены в короткими перерывами, а в не рабочие смены - непрерывно ; для другой части гидродомкратов передвижения и исполнительных органов, а также их связи выполнение функции носит периодически характер и они работают лишь по мере возникновения необходимости передвижения секции крепи или разрушения угольной пачки. Таким образом, если «машинное» время гидростоек, перекрытии и оснований крепи весьма близко к календарному времени, а коэффициент «машинного» времени этой части рабочего механизма весьма близок к единице, то машинное время гидродомкратов наоборот, составляет очень малую долю общего рабочего времени – лишь малую долю единицы. Так, например, лабораторными и шахтными исследованиями установлено что коэффициент машинного времени каждого исполнительного органа не превышает 0,1().

Как и  для всякой другой машины, для механизированной крепи непосредственное значение имеет  ее надежность. Среди горных машин  механизированная крепь занимает особое место и надежность ее особенно важна. Эксплуатационная надежность механизированных крепей с достаточной полнотой может  быть оценена средним временем наработки  на отказ.

Производительность  очистного забоя, оборудованного крепью КАМ-1с зависит от работоспособности исполнительных органов. Вопрос надежности функционирования системы крепи с исполнительными органами имеет важное значение, так как исполнительные органы установлены на каждой секции, то необходимо оценка надежности их работы. Для прогнозирования надежности создаваемого комплекса КАМ-1с Произведем количественную оценку эксплуатационной надежности одного исполнительного органа и в целом всей системы исполнительных органов.

 Исполнительный  орган крепи КАМ-1с состоит  из гидроцилиндров, плиты с резцодержателями, металлоконструкции (направляющие опоры, пальцы и др.) и гидрокоммуникации. Исполнительные органы создаются на базе унифицированного оборудования (гидроцилиндры, резцы и др.), поэтому для количественной оценки надежности работы исполнительных органов использованы результаты проведенных исследований аналогичного оборудования .Для оценки надежности работы одного исполнительного органа примем результаты исследовании надежности крепей имеющих аналогичную структуру. Результаты исследовании наработки на отказ крепей М-87, которые мы принимаем эквивалентными нашим исполнительным органам показывают, что наработка на отказ для этой крепи с домкратом передвижения, элементами крепления домкратов к конвейеру и шлангами соединения с магистральным трубопроводом составляет Т=320 часов . Закон распеределение времени безотказной работы , на основании этих исследовании может быть принят экспоненциальным, т.е функция надежности исполнительного органа.

 

                                    ,                               (1 – э)

где

 

где:  Т  – время наработки на отказ, час,

         - коэффициент использования исполнительных органов,

         t - календарное время смены, час.

  Вероятность  безотказной работы исполнительного  органа в течение 8 часов при         =0,2

                       =0.995

 

   При отказе (неисправности) одного исполнительного органа остальные органы продолжают нормально функционировать и технологический цикл в очистном забое не нарушается. Поэтому, отказы исполнительных органов представляет собой независимые события и носят вероятностный характер, причем, вероятность отказа в течение данного времени t на

 

 

 

 В нашем  примере вероятность отказа исполнительного  органа в течение 8 часов равна:

 

 

Для определении  вероятности отказа определенного  количества исполнительных органов  в течение времени t, учитывая что мало, применим асимптотическую формулу Пуассона []

 

                                =                                                            

 

  где m – количество отказавших органов,

                                                                                              

  где   n – общее количество исполнительных органов (секций) в лаве.

 

В очистном забое n исполнительных органов, каждый из них производит разрушение угольной пачки над секцией на которой он установлен. В моменты времени, зависящие от случая, исполнительные органы выходят из строя. Для обеспечения

                                           Рис.25

( Зависимость вероятности отказа от количества исполнительного органа = - вероятность безотказной работы.

=f(n) – вероятность отказа одного, двух и трех исполнительных органов) ритмичной работы очистного забоя важно знать, как часто могут происходить отказы исполнительных органов.  Наиболее вероятное число отказов на 8 часов, когда в лаве n =150 органов

                                  

                                   

Произведем  расчет, по принятой расчетной схеме, вероятности безотказной работы и вероятности отказа одного , двух и трех исполнительных органов для различной лавы, т.е. для различного количества n.

Результаты  расчетов для n=40+150 исполнительных органов, что соответствует длине лавы L=60+200 м за время одной смены (t=8 час.) приведены в табл.1, а на рис.1 дана зависимость вероятности безотказной работы , вероятности отказа одного , двух и трех исполнительных органов от длины лавы (количества исполнительных органов в лаве) в течение одной смены (t=8 час.). Анализ приведенных зависимостей показывает, что наиболее вероятное число отказов, даже при длине лавы 200 м (n=150 исполнительных органов), в течение смены равно нулю . Выход из строя более трех исполнительных органов =0,38 и двух =0,16, т.е.  вероятность отказа в течение смены более одного исполнительного органа мала.

На рис.25 и 26 приведены зависимости вероятности  безотказной работы системы исполнительных органов от длины лавы (n=40+150) для t=2+8 час и от времени работы для различной длины лавы.

В расчетах учитывались все отказы отдельных  исполнительного органов. Отказ вызывает нарушение работоспособности исполнительного органа, однако, при этом необходимо учитывать,  что не все отказы приводят к остановке лавы. Если время восстановления отказа не больше времени технологического цикла лавы, то выход из строя любого из исполнительного органа не влияет на работу, по добыче угля, очистного комбайна и комплекса в целом.

При установлении производительности лавы практически  интерес представляют такие отказы исполнительных органов, время восстановление которых больше длительности технологического цикла. Для их количественной оценки используем результаты ранее проведенных расследовании. Так, например для комплексов ОМКТ вероятность восстановление отказа меньше до 25 мин.равна 0,9 . Технологически цикл в лаве значительно больше 25 мин, а исполнительный орган по конструкции не сложнее секции крепи ОМКТ, однако, с целью учета наиболее неблагоприятных условии при расчетах принимаем за основу эти данные из рис.25 видно, что лавы длиной 200 м (n=150 секции) вероятность безотказной работы =0,45, следовательно вероятность отказа в течение смены (t=8 час.). , из них вероятность отказов, приводящих к потере добычи.

 

                           (1-13)

 

Вероятность того, что в течение смены лава не остановится из – за неисправности исполнительных органов равна

 

                              (1-14)

 

Таким образом надежность функционирования системы выдвижных исполнительных органов

следовательно, надежность функционирования системы очистного забоя, оборудованного крепью КАМ-1с

                                 (1-15)

 

где     -надежность серийно выпускаемого комплекса, принятого за базовый для крепи КАМ-1с.

  Из анализа видно , что надежность функционирования системы исполнительных органов достаточно высокая. Установка исполнительных органов на каждой секции обеспечивает уменьшение времени работы исполнительного органа (во столько раз, сколько секции в лаве) по сравнению   с тем случаем, если бы в лаве находился один исполнительный орган (очистной комбайн в лаве), который разрушал бы угольную пачку по всей длине  забоя. Это обеспечивает увеличение срока службы каждого органа, а следовательно и надежность функционирования очистного комплекса при выемке угля, по сравнению с комбайновой выемкой. От надежности работы очистного оборудования в большой степени зависит производительность лавы, так как его остановка приводит к простоям лавы и потерям добычи. В настоящее время комбайны наименее надежные элементы  механизированных комплексов [25,26], а повышение их надежности  связано со значительными трудностями, так как увеличение надежности связано со значительным удорожанием.

    Таким  образом, применение статических  исполнительных органов для разрушения  угольной пачки при их установке  на каждой секции рациональнее  с точки зрения повышения надежности  работы, а следовательно, и увеличение  нагрузки на очистной забой , по сравнению с комбайновой выемкой угля.

 

               

                             ВЫВОДЫ

 

1. Требованиям предъявляемым для эффективного разрушения угольной пачки наиболее полно отвечают статические исполнительные органы.
2. Для обеспечения устойчивой работы исполнительного органа он снабжен жесткими направляющими , которые служат для подхвата непосредственной кровли и создают благоприятные условия для управления горным давлением.
3. В целях максимального использования унифицированного оборудования в качестве базовой крепи принята крепь КТУ – 2 и гидрооборудование от комплексов КМ – 81 и ОМКТМ.
4. Установка дополнительных органов на базе секций  снижает надежность функционирования системы на 6% (при длине лавы 150м), обеспечивая повышение добычи на 30-40%.

 

 

 

 

 

                                            Глава II

            Исследование технико – экономических показателей

            очистных забоев с применением  механизированных 

            комплексов.

 

 

§1. Методика исследований.

Одним из важных направлений решения технических, экономических и ряда других проблем  в промышленности является широкое применение современного математического аппарата. Особого внимания заслуживают методы математической статистики , отличительной чертой которых является использование фактических данных для получения обоснованных выводов.

В условиях угольных шахт наибольший эффект может  быть получен при применении статических  методов средних величин, индексный, аналитический и графо – аналитический , группировок статических данных, проектных расчетов, технико – экономический , корреляционный и регрессионный анализы.

Возможность применения математических методов  количественного анализа на горных предприятиях обуславливается тем, что подавляющее  большинство  качественных показателей работы этих предприятий и причин, их определяющих, можно выразить количественно.  Чтобы установить настоящую картину действительности необходимо в ходе анализа получить отдельные абстракции благодаря расчленению целого на части и обеспечить восстановление  целостности всего процесса. Однако, особенности горного предприятия заключается в том, что производственный процесс добычи  угля, как бы его ни разделяли на составные части, всегда протекает при одновременном воздействии многих причин.  Поэтому , часто не представляется возможным выделить из круга явлений такие, между которыми существовала  бы однозначная , т.е. функциональная зависимость. Это особенность угольных предприятий, наряду с возможностью количественного выражения многих причин и следствий, определяет возможность и необходимость применения в ряде случаев при анализе корреляционного метода.

Корреляционный  анализ  позволяет на статическом  материале, характеризующем изменение  зависимой величины при изменении  многочисленных факторов, установить количественное выражение влияния  нескольких отобранных для исследования факторов на колебания зависимой  переменной , а так же степень совокупного влияния всех исследуемых факторов.

Для получения  наиболее точного ответа о количественном влиянии любого из факторов на зависимую  переменную необходимо вывести множественное корреляционное уравнение вида:

                                                              (II-I)

К числу  основных параметров, определяющих технологию горных работ при подземной разработке, относятся длина лавы (L)толщина слоя ). Эти два параметра имеют существенное значение в сложной системе причинно – следственных связей, который представляет производственный процесс добычи угля на шахте .  На производительность труда рабочего по участку оказывают влияние многочисленные факторы организационного и горнотехнического характера. Многие из них, особенно организационные и часть горнотехнических , таких как показатель устойчивости кровли и класса крепости угля, газоностность пласта и некоторые другие, слабо или совсем не поддаются количественной оценке. Поэтому зависимость между производительностью труда и основным парам метрами (толщиной слоя и длиной лавы) может быть установлена после исключения влияния остальных одновременно действующих факторов, т.е. путем применения парного коррелирования.Парные корреляционные уравнения вида у=f(x)отвечают на вопрос, как с изменением переменной  х и корреляционно с ней связанных других, неучтенных, причин изменяется у. При высоких значениях коэффициентов корреляции z или теоретических корреляционных отношений z можно, хотя и не с полной уверенностью, судить о доле изменчивости зависимой переменной у, обусловленной влиянием рассматриваемого фактора х, в данном парном корреляционном уравнении.