Xác định tốc độ di chuyển hợp lý của máy khấu để tăng hiệu quả khai thác than trong điều kiện cường độ kháng cắt của vỉa than thay đổi

Tốc độ làm việc của máy khấu phụ thuộc vào tính chất của vỉa than, đặc biệt là cường độ kháng cắt. Bài viết trình bày một số nghiên cứu, tính toán vận tốc di chuyển máy khấu phụ thuộc vào cường độ kháng cắt của vỉa và mức tiêu thụ năng lượng. Kết quả bài báo được dùng để tính toán vận tốc di chuyển phù hợp của máy theo cường độ kháng cắt thay đổi.

50 Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất Tập 59, Kỳ (2018) 50-53 Xác định tốc độ di chuyển hợp lý máy khấu để tăng hiệu khai thác than điều kiện cường độ kháng cắt vỉa than thay đổi Đoàn Văn Giáp 1,*, Phạm Văn Tiến 1, Nguyễn Khắc Lĩnh 2, Bùi An Cảnh Khoa Cơ điện, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Việt Nam Nghiên cứu sinh Trường Đại học Mỏ Saint-Petersburg, Liên bang Nga Công ty Cổ phần than Hà Lầm, Tập đồn Cơng nghiệp Than - Khống sản Việt Nam, Việt Nam THƠNG TIN BÀI BÁO TĨM TẮT Q trình: Nhận 15/6/2017 Chấp nhận 20/7/2017 Đăng online 28/2/2018 Tốc độ làm việc máy khấu phụ thuộc vào tính chất vỉa than, đặc biệt cường độ kháng cắt Bài báo trình bày số nghiên cứu, tính tốn vận tốc di chuyển máy khấu phụ thuộc vào cường độ kháng cắt vỉa mức tiêu thụ lượng Kết báo dùng để tính tốn vận tốc di chuyển phù hợp máy theo cường độ kháng cắt thay đổi Từ khóa: Vận tốc khấu Năng lượng riêng Máy khấu © 2018 Trường Đại học Mỏ - Địa chất Tất quyền bảo đảm Mở đầu Tạ i mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh có 11 lò chợ áp dụng cơng nghệ giới hóa khai thác than máy khấu liên hợp, nhiên đến thời gian gần (tháng 6/2016) hệ thống hoạt động (Tập đồn cơng nghiệp than - khống sản Việt Nam; 2016) Trong hệ thống khai thác hầm lò thiết bị khấu (Kombai, máy bào than…) khâu quan trọng việc đảm bảo suất, giảm chi phí lượng, nâng cao mức độ an toàn cải thiện điều kiện làm việc người lao động khai thác ngày xuống sâu Ngồi thành cơng việc áp dụng giới hóa vào khai thác lò chợ thời gian qua nhiều tồn cần _ *Tác giả liên hệ E-mail: doanvangiap@humg.edu.vn phải tìm hiểu xử lý Nhiều lò chợ sử dụng khai thác than máy khấu liên hợp chưa đem lạ i hiệu cao Trong sản lượng khai thác máy khấu khiêm tốn (Tập đồn cơng nghiệp than - khống sản Việt Nam, 2016) Những tồn xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nhau, có nguyên nhân chế độ làm việc máy chưa phù hợp với kiện địa chất thực tế lò chợ nước ta Việc tính tốn tốc dộ di chuyển máy cho khu vực áp dụng chưa tính tốn chi tiết cụ thể, mà dựa khuyến cáo nhà sản xuất Nếu tốc độ di chuyển máy khấu không phù hợp với cường độ kháng cắt vỉa than xảy trường hợp máy làm việc nằm ngồi vùng định mức (rất Kombai ln tình trạng q tải non tải) Ngồi vận tốc di chuyển Kombai thấp giảm suất máy đẩy giá khai thác lên cao Đồn Văn Giáp nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 50-53 Hiện tại, vận tốc di chuyển trung bình Kombai sử dụng lò chợ nước ta (trong điều kiện làm việc bình thường) khoảng 2÷4 m/phút Trong đó, với chủng loại thiết bị sử dụng lò chợ Trung Quốc, Nga, Ba Lan, Ukraina,… điều kiện tương đồng địa chất vận tốc di chuyển Kombai thường đạt 6÷10 m/phút Sản lượng khai thác than hầm lò nước giới hóa tăng mạnh năm tới (Tập đồn cơng nghiệp than - khống sản Việt Nam, 2016) Vì vậy, việc nghiên cứu sử dụng hiệu thiết bị cần thiết cấp bách Thành lập phương trình liên hệ cơng suất, vận tốc di chuyển Kombai cường độ kháng cắt vỉa 2.1 Vận tốc lớn máy khấu đạt xét theo ba thông số t; h; nc Hiện tang khấu máy khấu chủ yếu sử dụng nhóm cắt: cắt hướng tâm cắt tiếp tuyến (Hình 1) Với kết cấu chiều cao cắt lớn tính sau: - Răng cắt tiếp tuyến: hmax= l.sinβ, mm; β - góc tiếp tuyến than; l - chiều dài tính từ phần nhô ụ giá dao - Răng hướng tâm: hmax = l, mm Vì tần số quay cố định, vận tốc di chuyển Kombai theo chiều dài lò chợ tính sau: 𝑣𝑚 = 𝑡 ℎ 𝑛𝑐 1000 (1) Trong đó: nc - tần số quay tang khấu, vòng/phút; h - chiều cao (chiều sâu) cắt, mm; t - số 51 cắt đường cắt; Khi chiều cao cắt h = hmax vm = vmmax 2.2 Năng suất cực đại Kombai Năng suất máy Kombai tính theo cơng thức sau: (2) Q = 60 hkt.rk.vm. , (T/h) hkt - chiều cao khai thác máy khấu, m; rk chiều rộng tang khấu, m; vm - vận tốc máy khấu, m/ph;  - khối lượng riêng than, tấn/m3 Theo công thức (1, 2) để tăng suất khai thác đạt tới giá trị lớn Qmax vận tốc máy khấu vm phải tiến gần đến vận tốc lớn vmmax Ngoài ra, việc nâng cao vận tốc cắt làm tăng chiều dày lát cắt đồng nghĩa với việc giảm giảm số lượng mặt cắt dẫn đến giảm nguồn phát sinh bụi, giảm chi phí lượng riêng v.v Tuy nhiên vận tốc Kombai phụ vào nhiều yếu tố 2.3 Cơng suất Kombai Công suất cần thiết để dẫn động Kombai tính (Getopanov and Rachek, 1986): (3) P = PCT + PK + PC, kW Với PCT - công suất chất tải, kW (4) PCT = FCT vct/1000, kW (Pozin et al., 1977) Trong đó: vct - vận tốc chất tải, m/s; lực cản chất tải FCT = C+D.hvq, N; hvq - quãng đường di chuyển trung bình Kombai sau vòng quay tang khấu hvq = vm/nc; C, D - hệ số cố định phụ thuộc vào sơ đồ làm việc Kombai; với tang khấu dạng vít khơng có chắn chất tải C = 0, D = 10000 N/m; tang khấu dạng vít có chắn chất tải, chiều rộng tang 80÷300 mm C = 0, D = 35000 N/m (Getopanov and Rachek, 1986) PK - công suất di chuyển Kombai, kW 𝑃𝐾 = 𝑌𝑘 𝑣𝑚 , 𝑘𝑊 1000 𝜂𝑘 (5) (Getopanov and Rachek, 1986) Với: k - hiệu suất khí phận di chuyển; Yk - Lực kéo trung bình để di chuyển Kombai, N; 𝑁 𝑖 𝑌𝑘 = 𝐾1 [𝐺(𝑠𝑖𝑛𝛼 + 𝑓 𝑐𝑜𝑠𝛼) + ∑𝑖=1 𝑌𝑖 ], N Hình (a) Răng cắt tiếp tuyến; (b) Răng cắt hướng tâm (6) Trong đó: K1 - hệ số bổ sung lực cản trình chuyển động Kombai K1 = 1,3÷1,5; G Trọng lượng Kombai, N;  - góc dốc vỉa than, 52 Đồn Văn Giáp nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 50-53 độ; f - hệ số ma sát máy Kombai với mặt trượt; ∑ 𝑌𝑖 - tổng lực cản chuyển động trình cắt than, N; PC - cơng suất phận cắt tính (Getopanov and Rachek, 1986): 𝑃𝐶 = 𝑛𝑐 (𝛽 𝐴̅𝑣 + ) 100 𝜋 ℎ 𝛿 𝑣𝑐 + 𝑣𝑚 , 𝑘𝑊;(7) 100𝑑 𝑑 Trong đó: nc - tần số quay tang khấu, vòng /phút; d- hệ số tổn thất khí phận cắt; vc - vận tốc cắt khấu, m/s; , ,  - hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào chủng loại cắt kiểu cắt chọn Bảng 4.6 (Pozin et al., 1977); 𝐴̅𝑣 - cường độ kháng cắt trung bình vỉa (ОСТ 12.44.258-84): 𝐴̅𝑣 = ∑ 𝐴̅𝑡ℎ ℎ𝑡ℎ + ∑ 𝐴̅đ ℎđ 𝑁 , ℎ𝑣 𝑚𝑚 (8) Trong đó: 𝐴̅𝑡ℎ - cường độ kháng cắt trung bình than, N/mm; 𝐴̅đ - cường độ kháng cắt trung bình đất đá kẹp, N/mm; hth - tổng chiều dày lớp than, m; hđ - tổng chiều dày lớp đá kẹp, m; hv - tổng chiều dày tồn vỉa, m Ngồi xác định sơ cường độ kháng cắt trung bình vỉa sau 𝐴̅ = 150 𝑓 f độ kiên cố trung bình than đá kẹp Thay 4, 5, 7, vào ta được: 𝑃=[ 𝑛𝑐 (𝛽 𝐴̅𝑣 + ) 𝐶 + ].𝑣 100𝑑 1000 𝑐 100 𝜋 ℎ𝑘𝑡 𝛿 𝐴̅𝑣 +[ + 𝑑 + (9) 𝑌𝐾 1000𝑘 𝐷 𝑣𝑐 ] 𝑣 , 𝑘𝑊 1000 𝑛𝐶 𝑚 Giả sử trường hợp áp dụng cụ thể ta xác định giá trị thông số công thức (1-9) ngoại trừ vận tốc di chuyển máy khấu với ý nghĩa thông số điều khiển Từ theo cơng thức (9) bước đầu ta xây dựng quy luật phụ thuộc công suất P vào vận tốc Kombai vm theo cường độ kháng cắt vỉa than biểu đồ (Hình 2) Mỗi cường độ kháng cắt khác cho ta quan hệ P với vm khác Hình thể biểu đồ quan hệ P với vm theo Av Trong A1, A2, A3, A4, … cường độ kháng cắt thay đổi vỉa than (các giá trị khác Av vỉa than khác hay vị trí khác nhau) Nhận xét: Tối ưu vận tốc di chuyển máy khấu toán phức tạp cần cân nhắc tới ảnh hưởng nhiều yếu tố công nghệ, điều kiện địa chất, tính chất vỉa than, mơi trường làm việc Kombai Bằng lập luận phân tích nhóm tác giả tin tưởng từ cơng suất định mức máy hiển thị hình điều khiển cường độ kháng cắt than (được xác định q trình thăm dò địa chất) xác định vận tốc di chuyển phù hợp máy Kombai Kết luận Từ công thức (9) theo điều kiện cụ thể Kombai yếu tố môi trường làm việc thông số đối tượng tác động, từ xây dựng hàm quan hệ Pdm với vm để xác định tốc độ di chuyển phù hợp vmhl máy khấu Kết nghiên cứu bước đầu dùng làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu tiếp theo, đánh giá hiệu làm việc, lựa chọn máy khấu liên hợp phù hợp với điều kiện địa chất tạ i mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh nước ta Tài liệu tham khảo Getopanov, V N., Rachek, V M., 1986 Design and reliability of synchronous mechanized equipment complex Moscow ‘’Nedra’’ 208p 51- 69 Pozin, E Z., Melamed, V Z, Azovtseva, S M., 1977 Splintery of coal in cutting process Moscow ‘’Nauka’’ 140p Hình Biểu đồ phụ thuộc công suất, vận tốc Kombai cường độ kháng cắt vỉa OST 12.44.258-84., 1985 Combine shearer Selecting parameters and calculating cutting force and impact force on executive parts Methodology Ministry of coal industry USSR 108p Đoàn Văn Giáp nnk./Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Mỏ - Địa chất 59 (1), 50-53 Bannikov, A A., 2012 To reduce coal cutting force by improving drive module of the cutter loader shearer Doctoral thesis 157p 53 Tập đồn cơng nghiệp than - khoáng sản Việt Nam, 2016 Báo cáo tham luận tổng kết cơng tác giới hóa khai thác, đào lò 2013-2015 định hướng đến 2020 Quảng Ninh 4-26 ABSTRACT Estimating the optimal working speed of the shearer under the differences of the coal-seam cutting resistances Giap Van Doan 1, Tien Van Pham 1, Linh Khac Nguyen 2, Canh An Bui Faculty of Electro-Mechanics, Hanoi University of Mining and Geology, Vietnam Postgraduate Student of the St Petersburg Mining University, Russian Coal Company Halam, Vietnam National Coal and Mineral Industries Holding Corporation Limited, Vietnam This paper focus on calculating the moving speed of the shearer based on the coal-seam properties, especially the cutting resistance Through that, the energy consumption and the optimal working speed of the shearer will be estimated  ... vm để xác định tốc độ di chuyển phù hợp vmhl máy khấu Kết nghiên cứu bước đầu dùng làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu tiếp theo, đánh giá hiệu làm việc, lựa chọn máy khấu liên hợp phù hợp. .. Av Trong A1, A2, A3, A4, … cường độ kháng cắt thay đổi vỉa than (các giá trị khác Av vỉa than khác hay vị trí khác nhau) Nhận xét: Tối ưu vận tốc di chuyển máy khấu toán phức tạp cần cân nhắc... vận tốc Kombai vm theo cường độ kháng cắt vỉa than biểu đồ (Hình 2) Mỗi cường độ kháng cắt khác cho ta quan hệ P với vm khác Hình thể biểu đồ quan hệ P với vm theo Av Trong A1, A2, A3, A4, … cường