Выбор параметров и разработка установки для получения кондиционных фракций угля роторным экскаватором

Переход к рыночным отношениям существенным образом изменил ситуацию в сфере добычи и потребления энергоносителей, в том числе, бурых и каменных углей. Одним из основных потребителей угля, как энергоносителя, в значительной мере, остаются тепло и электростанции, которые предъявляют весьма жесткие требования к сортовому и качественному составу как низкокалорийных, так и высококалорийных, высокозольных каменных углей при их сжигании в топках котлов. Такие угли не могут быть использованы в топках без предварительного породоизвлечения и обогащения.

Данные проблемы успешно решаются в стационарных условиях при использовании дробильно-сортировочных комплексов на угольных складах в цехах основного производства обогатительных фабрик. В этих случаях имеет место существенное снижение качества топлива на угольных складах и увеличение расходов на транспортирование. Так, бурые угли в навале имеют трехмесячный период инкубации при его интенсивном окислении.

Наиболее перспективным направлением получения необходимого сорта угля с возможностью отсеивания породных включений, является применение роторного экскаватора, на котором при пересыпе с одного конвейера на другой в транспортном потоке угля монтируется установка грохота с дополнительным конвейером выноса мелочи.

Высокие показатели работы роторных экскаваторов при добыче энергетических углей с благоприятными условиями залегания дают основания для установления области их рационального применения в более сложных горно-геологических условиях и при разработке угольных пластов повышенной крепости.

Технология добычи и переработки угля непосредственно роторным экскаватором, расположенным в забое, позволяет использовать его в качестве энергетического топлива на тепло и электростанциях, находящихся как вблизи, так и значительном расстоянии от угольного месторождения.

Когда используются дробильно-сортировочные комплексы в условиях склада угольный поток разделяется на две фракции: семечко<13мм. и орех >13мм. В этом случае бурый уголь потребителю более рентабельно поставлять без предварительного грохочения. На дальние расстояния бурый уголь должен поставляться фракцией более 13 мм. Общеизвестная практика свидетельствует о том, что наиболее мелкая фракция угля имеет коэффициент сцепления с породой выше, чем крупная. Тем самым снижается зольность у крупной фракции, которая обеспечивает концентрацию повышенной калорийности потока угля, подаваемого в топки котлов тепло и электростанций, удаленных на значительные расстояния от разрабатываемого месторождения.

Решение вопроса получения кондиционных фракций угля роторным экскаватором посредством установки шнекового грохота на нем требует обоснования и оптимизации конструктивных и режимных параметров его работы, выбора рационального соотношения геометрии и армировки режущих кромок ковшей и рыхлящих поясов, а также способа обработки забоя исполнительным органом, что позволит обеспечить высокие технико-экономические показатели добычи экскавируемого угля необходимой кусковатости для использования в топках тепло и электростанций. Это является важной научно-технической и весьма актуальной задачей.

Целью работы является разработка технических решений и рекомендаций по созданию условий получения сортовой кондиции энергетических углей роторным экскаватором для удовлетворения требований, предъявляемых к кондиционному и качественному составу при сжигании в топках котлов тепло и электростанций.

Идея работы заключается в установке на роторном экскаваторе шнекового грохота в месте пересыпа угля на отвальный конвейер и приведение в соответствие параметров установки грохочения и режимов экскавации критериям ограничения кусковатости экскавируемого угля при условии обеспечения заданной производительности роторного экскаватора.

Задачи исследования:

• обоснование целесообразности установки грохота на роторном экскаваторе с целью отсеивания породных составляющих из угольной массы;

• определение и выбор основных параметров установки грохочения угля на роторном экскаваторе;

• анализ взаимодействия рабочих органов установки грохочения с потоком угля, поступающим от роторного колеса экскаватора;

• исследование режимов экскавации с целью получения сортовой кондиции энергетических углей роторным экскаватором;

• разработка комплекса технических средств с целью реализации получения сортовой кондиции угля для тепло и электростанций;

• создание, испытание и экспериментальные исследования выемочно-погрузочных машин непрерывного действия на базе роторного экскаватора с монтажом установки грохочения на нем.

Методы исследования.

Для решения поставленных задач использован комплексный метод исследования, включая критический анализ литературных, фондовых, патентных материалов и опыт добычи угля роторными экскаваторами, раскрывающий способы получения сортовой кондиции угля дробильно-сортировочными комплексамиэкспериментальные исследования с наблюдениями за работой роторных экскаваторов в производственных условияхметоды математической статистики при обработке результатов экспериментальных исследованийпромышленный эксперимент и внедрение результатов теоретических исследованийтехнико-экономический анализ при оценке эффективности выполненных исследований.

Основные научные положения, выносимые на защиту и их новизна.

1. Сортировку потока угля, отделённого исполнительным органом роторного экскаватора, рационально осуществлять непосредственно в забое. Это возможно за счет монтажа грохота в месте пересыпа угольного потока на отвальный конвейер и приведения в соответствие режимов экскавации и параметров установки грохочения с целью отбора сортовой кондиции добываемого энергетического угля для тепло и электростанций.

2. Снижение размеров кусков угля, добываемого роторным экскаватором, возможно путем выбора рационального соотношения толщины стружки к ширине, армировки боковых кромок козырьков ковшей резцами, установки на роторе рыхлящих ножей, применения ковшей косого резания, отработки угольного забоя комбинированными стружками при одновременном повороте роторной стрелы в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

3. Отработка забоя комбинированными стружками с максимальной производительностью роторного экскаватора имеет место в случае толщины стружки не менее 0,25 м, при этом крупные сколы соответствуют отношению сторон стружки, близкому к единице. Наиболее рациональным, с точки зрения отсутствия негабаритных кусков, является соотношение толщины стружки и её ширины, равное 1,5−2,5. При этом возможно сокращение числа проходов ротора, что позволяет уменьшить скорость поворота стрелы, способствует повышению коэффициента использования экскаватора и приводит к снижению динамических нагрузок.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций.

Научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, обоснованы сочетанием теоретических исследований с экспериментальными, проведенными в производственных условиях с применением методов математического анализа, математической статистики, сравнительным анализом различных критериев эффективности процесса резания ковшами и режущими поясами роторного колеса, сопоставлением расчетных показателей с опытными данными и результатами комплексных испытаний роторного экскаватора со встроенной установкой грохочения.

Достоверность научных положений подтверждена: согласованностью результатов теоретических исследований с экспериментальными и опытными данными, полученными в производственных условиях, адекватностно принятых математических моделей и аналитических выражений реальным производственным данным, сходимостью результатов полученных аналитических зависимостей и опытного применения разработанного способа отработки забоя и режима резания угля исполнительным органом роторного экскаватора.

Практическая ценность и результаты реализации работы.

1. Доказана возможность расширения области эффективного применения и улучшения использования роторных экскаваторов для получения сортовой кондиции углей путем усовершенствования конструкции роторного экскаватора и технологических схем отработки забоя.

2. Предложена новая технология отработки забоя роторными ковшами и установлены оптимальные режимы резания исполнительным органом роторного экскаватора угольных пластов, позволяющие регулировать крупность кусков угля и избежать их дальнейшее дробление.

3. Разработаны рекомендации по выбору и оценке параметров исполнительных и транспортирующих органов экскаваторов ЭР-1250Д в сложных горно-геологических условиях разработки угольных пластов.

Апробация работы.

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях ИрГТУ (1996;2004 г. г.), на научно-техническом совещании ОАО «Приморскуголь» (1995г.), региональной научно-практической конференции «Интеллектуальные и материальные ресурсы Сибири», Иркутск, 1997 г., II Всероссийской конференции «Проблемы устойчивого развития общества», Иркутск, 1998 г.

Диссертация обсуждалась на объединенном семинаре специалистов ИрГТУ (1996г.), на заседаниях кафедры «Горные машины и рудничный транспорт» ИрГТУ с привлечением специалистов ОАО «Востсибуголь», Иркутского филиала ОАО «СУЭК», ОАО «Разрез Харанорский» (1998;2004г.г.).

Экспериментальная часть работы выполнена в условиях Нижнее-Бикинского буроугольного месторождения, Приморский край, разрез «Лучегорский» (ныне ЗАО «ЛуТЭК» РУ «Лучегорское»),.

По теме диссертации опубликовано семь работ, в том числе, периодической печати: журналах «Уголь» и «Известия вузов. Горный журнал», Вестник ИрГТУ и др.

В работе предлагается наиболее рациональный способ отделения и переработки угля непосредственно роторным экскаватором, который в полной мере удовлетворит требованиям потребителя. В зависимости от конструкции пароводяных котлов, где в качестве топлива сжигается уголь, могут использоваться его крупная или мелкая фракции. Если установить шнековый грохот и потокораспределяющее устройство на роторном экскаваторе, то возможно регулировать процесс подачи определенной фракции угля в транспортируемый поток и, в конечном счете — топки котлов в зависимости от параметров и вида стружки, отделяемой от забоя роторным колесом экскаватора.

Форма стружек, снимаемых роторным экскаватором, зависит от способа подачи рабочего оборудования на забой. Роторный экскаватор с подачей рабочего оборудования за счёт перемещения поворотной платформы относительно рамы или перемещения рабочего оборудования относительно поворотной платформы при помощи механизма хода разрабатывает стружками концентрической формы.

При подаче перемещением всех основных узлов экскаватора забой разрабатывается серповидными стружками.

Общие выводы.

Наиболее рационально осуществлять сортировку потока угля, отделяемого в забое, с помощью установки шнекового грохота, характеризующегося малой динамичностью при работе и относительно небольшими размерами и массой. Транспортировку мелких фракций угля от грохота за пределы экскаватора целесообразно производить с помощью выносного конвейера, что позволяет осуществлять их погрузку в транспортные сосуды, что упрощает размещение мелкой фракции угля. Простота и доступность конструкции позволяют вести монтаж и обслуживание установки без каких-либо затруднений.

Установка грохочения разработана на основе выше обоснованных параметров и рекомендованных режимов работы, изготовлена и смонтирована на роторном экскаваторе ЭР-1250Д. Она прошла промышленные испытания, внедрена и находится в эксплуатации в условиях Верхне-Бикинского буроугольного месторождения, РУ «Лучегорское», ЗАО «ЛуТЭК».

Основания выбора принципов основных параметров установки грохочения приняты из учета существующих технологических и конструктивных особенностей исполнительного органа роторного экскаватора, схем отработки угольных забоев и установки шнекового грохота.

Заключение

.

В диссертационной работе дано решение актуальной задачи по обоснованию параметров и разработке установки для получения кондиционных фракций низкокалорийных высокозольных энергетических углей роторным экскаватором, реализация которой обеспечивает возможность отсеивания породных включений непосредственно в забое. Это существенно повышает эффективность работы роторных экскаваторов в условиях разработки буроугольных пластов.

Основные научные и практические результаты выполненной работы заключается в следующем.

1. Доказана целесообразность сортировки угля, отделяемого исполнительным органом роторного экскаватора, за счет установки грохота в месте пересыпа угольного потока на отвальный конвейер и приведения в соответствие режимов экскавации и работы механизма грохочения.

2. Предложена новая технология отработки забоя роторным ковшом и оптимальные режимы резания исполнительным органом роторного экскаватора угольных пластов, позволяющие регулировать крупность угля и избежать его дальнейшее дробление.

3. Установлено, что снижение размеров кусков добываемого роторным экскаватором угля возможно путем выбора рационального отношения толщины срезаемой ковшами стружки к ее ширине, армировки боковой кромки козырька ковшей резцами, отработки угольного забоя комбинированными стружками.

4. Определено, что наиболее крупные сколы соответствуют отношению сторон стружки близкому единице. Рациональным, с точки зрения отсутствия негабаритных кусков, является соотношение толщины стружки и ее ширины, равное 1,5 — 2,5. В этом случае сокращается число проходов ротора при отработке блока, снижается скорость поворота роторной стрелы, что способствует повышению коэффициента использования экскаватора и приводит к снижению динамических нагрузок.

5. Разработаны технические решения и рекомендации по выбору и оценке параметров исполнительных и транспортирующих органов экскаваторов ЭР-1250Д в условиях разработки буроугольных месторождений.