Обзор распространенных моделей проходческого комбайна в угольной промышленности. Информационно-аналитический портал "горное дело" Кинематическая схема кп 21

Результаты производственных исследований надежности горнопроходческих комбайнов избирательного действия

А.С.Носенко, А.А.Домницкий, И.А.Носенко

Шахтинский институт (филиал) ЮРГПУ (НПИ) имени М.И. Платова

Аннотация: Приведены результаты производственных исследований надежности горнопроходческих комбайнов КП21, производства ОАО «Копейский машиностроительный завод» в условиях шахты «Алмазная» УК «Гуковуголь» при проведении подготовительных выработок сечением до 16 м2 с крепостью вмещающих пород до 7 ед. по шкале проф. М.М.Протодьяконова. С помощью математического аппарата установлены математическое ожидание, дисперсия, среднее квадратическое отклонение, коэффициент вариации и т.д.

Ключевые слова: горнопроходческий комбайн избирательного действия, надежность, наработка до отказа.

Проходческий комбайн избирательного КП21 (рис.1) отечественного производства служит для скоростного проведения горных выработок сечением до 30 м, по породам крепостью 7-10 ед. по шкале профессора М.М. Протодьяконова. Применяется, в частности, при строительстве транспортных тоннелей . Отличием рассматриваемой модели от ранее известных, является применение гидравлического привода, что весьма актуально .

В регионе Восточного Донбасса проходческий комбайн КП21 использовался впервые компанией «Гуковуголь» при проведении откаточного штрека № 109, длиной 1200 метров на шахте «Алмазная».

На основании «Методики организации сбора и анализа информации об эксплуатационных качествах горнопроходческого оборудования в условиях Российского Донбасса» Шахтинским институтом (филиалом) ЮРГПУ (НПИ) имени М.И. Платова совместно с ОАО «КМЗ» были проведены производственный исследования по получению информации о его эксплуатации.

Наблюдения проводились 20 месяцев. В отчетный период пройдено 2

выработки длиной 2200 метров, (30 тыс. м) и 1200 метров (17450 м). Темпы проходки составили 252 м/мес. В целом, по комбайну, выявлено 100 отказов.

Рис. 1. - Проходческий комбайн КП21

К наиболее серьезным относятся: отрыв головок болтов крепления фланцев тормозов короны, выход из строя подшипников редукторов нагребающих лап и рабочего органа, излом звезды конвейера, износ листов поворотной части конвейера.

При работе комбайна имела место присечка пород кровли крепостью до 12 ед., что повлияло на ресурс комбайна. Распределение количества отказов за период эксплуатации комбайна показано на диаграмме (рис.2).

В результате анализа полученных данных, определены наработка до отказа, а так же перечень деталей и узлов, оказывающих влияние на надежность комбайна (таблица № 1).

Результаты исследований легли в основу дальнейшего совершенствования горнопроходческих комбайна данного типоразмера. Усилены крепления тормозов режущего органа. Разработана новая конструкция нагребающей части, в которой нагребающие лапы заменены рифлеными дисками. Изменена компоновка редукторов ходовой тележки. Рассматриваются варианты применения комбайна совместно бункером перегружателем .

Рис. 2. - Распределение количества отказов комбайна по частям

Таблица № 1 Показатели надежности комбайна КП21 зав. № 20

Сборочная Вышедший из строя Количество Наработка до

единица узел отказов 3 отказа, м

Рабочий орган Редуктор: подшипник № 2 14000

Тормозные фрикционы 4 7500

Электродвигатель 3 9000

Погрузочный Редуктор:

орган подшипник №7612, 8 6000

вал-шестерня № 0202087,

колесо коническое 2 27500

№ 0202009 2 24000

Подшипник кулисы 1 29000

Конвейер Редуктор:

подшипник №7610 3 9000

Звезда 2ПНБ2.13.86.220-01 2 20000

Цепь скребковая 2 19000

Листы става 6 12000

Ходовая часть Цепь траковая 3 19000

Гидропривод Домкрат телескопа 6 19000

Рукав высокого давления 9 21000

Металлические трубки 5 12000

Гидромотор 1 27000

Полученные статистические параметры использованы для расчета случайных величин наработок до отказа. Условия работы комбайнов приведены в таблице № 2.

Таблица № 2

Условия работы комбайнов КП21

№ п/п Заводской №№ Выработка Период наблюдений, мес. Размеры выработки вчерне/в 2 свету, м Крепость пород, ед.

1 КП-21 Зав. №20 Конвейерный штрек №109 7 15,9/13,5 2 - 5/7

2 КП-21 Зав. №34 Конвейерный штрек №113 20 16,0/15,2 2 - 5/7

Отказы, соответствующие отдельным узлам каждого из исследуемого комбайна приведены на рисунке 3.

Как видно из приведенных диаграмм, значительный объем отказов принадлежит перегружателю и составляет 40 %. Наиболее слабые элементы с точки зрения надежности - валики цепи (80%) и приводная звезда (90%). Слабое место погрузочного органа - редуктор (85%). В ходовой части основные отказы - траки (90%). Рабочий орган обладает недоработанным гидравлическим домкратом и тормозом стрелы телескопа (70%).

Статистический анализ полученных результатов наблюдений за работоспособностью комбайнов КП21 произведен в соответствии с рекомендациями .

Исходя из полученных экспериментальных данных, сформирован статистический ряд случайных величин (СВ) из 83 реализаций X наработки до отказа, при этом Хтп = 23.0 п.м, Хтах = 177,4 п.м. В этом случае А1 = 10; к = 18.

Для каждого интервала рассчитаны: п - число значений случайной

величины, попавших в интервал: щ / п - частота, ^ - - накопленная

частота, п / пЛ1 - эмпирическая плотность вероятности, п.м-1.

Рис. 3. - Распределение отказов по частям проходческих комбайнов КП-21. а) - комбайна КП-21 №20; б) - комбайна КП-21 №34; 1 - исполнительный орган, 2 - нагребающая часть, 3 - конвейер, 4 -крепеподъемник, 5 - ходовая часть.

В результате, рассчитаны значения статистического среднего квадратического отклонения СВ: сх" = 32,2 п.м и коэффициента вариации у/ = 0,79.

На рисунке 4 приведена диаграмма плотности распределения СВ. В случае, когда вид теоретической функции распределения не известен,

диаграмма служит основой для определения теоретической функции распределения.

Рис. 4. - Гистограмма экспоненциального распределения

/ (Х) = 0,025 е "" СВ наработки до отказа

В результате обработки полученных результатов, установлено, что случайные значения наработки до отказа X проходческих комбайнов подчиняются экспоненциальному закону распределения.

Плотность вероятности случайной величины, подчиненной экспоненциальному закону распределения, описывается выражением:

Приняв в качестве математического ожидания значения тх = 41 п.м, получим/(Х) = 0,025 е -0"025Х.

В результате проведенных исследований и расчетов построена выравнивающая кривая распределения (рисунок 6), представляющая собой график теоретической функции /(Х).

Для установления соответствия выдвинутой гипотезы статистическим материалам использован критерий согласия К. Пирсона х, величина которого рассчитывается по формуле:

где к - число интервалов С, ni - число значений СВ в i-ом интервале, n -общее число полученных значений СВ, pi - теоретическая вероятность попадания СВ в i-й интервал.

Рис. 5. - График теоретической функции f (Х) = 0,0244- е -"

Полученная в результате расчетов вероятность р=0,01, является достаточной (р<0,1). Таким образом, считаем, что экспериментальные данные удовлетворяют принятому закону распределения СВ.

Литература

1. Носенко А.С., Домницкий А.А., Каргин Р.В., Шемшура Е.А. К вопросу о выборе комплектов оборудования для строительства транспортных тоннелей комбайновым способом// Дороги и мосты: сб. науч. тр. / ФГБУ «Росдорнии». М., 2014. №32/2. С. 40-54.

2. Хазанович Г.Ш., Ляшенко Ю.М., Носенко А.С., Остановский А.А., Никитин Е.В. Разработка гидрофицированных погрузочных и транспортных

модулей горнопроходческих машин. // Научно-технические проблемы строительства вертикальных стволов, околоствольных дворов, горизонтальных и наклонных выработок: сб. науч. тр. / АО «Ростовшахтострой», Новочерк. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: НГТУ, 1998. С. 159-164.

3. Носенко А.С., Каргин Р.В., Хазанович В.Г., Носенко В.В. Разработка гидрофицированных модулей погрузочно-транспортных систем. // Горное оборудование и электромеханика. 2009. №4. С. 13-16.

4. Носенко А.С. Рабочие процессы, параметры и эффективность шахтных погрузочных машин с гидравлическими приводами: дис. ... д-р техн. наук: 05.05.06. Новочеркасск, 2000. 279 с.

5. Носенко А.С., Хазанович В.Г., Носенко В.В., Шемшура Е.А. Выбор комплектов оборудования для проведения подготовительных выработок на основании фактических показателей надежности// Горное оборудование и электромеханика. 2009. №7. С. 8-11.

6. Шемшура Е.А. Пути оптимизации системы эксплуатации горнопроходческого оборудования// Инженерный вестник Дона, 2013. №4. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4y2013/2001.

7. Ключникова О.В., Шаповалова А.Г., Цыбульская А.А. Основные принципы выбора типа и количества строительных машин для комплексного производства работ//Инженерный вестник Дона, 2013, №4 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4y2013/2064.

8. Патент №2108954 РФ, МКИ В65025/08. Конвейер для транспортирования сыпучих и кусковых материалов/ Г.Ш. Хазанович, А.С. Носенко, Ю.М. Ляшенко, Р.В. Каргин. - Заявл. 31.01.96; Опубл. 20.04.98; Бюл. №11.

9. Хазанович Г.Ш., Каргин Р.В., Носенко А.С. Исследования проходческого перегружателя с изменяемой высотой транспортирующих

элементов. // Горный информационно-аналитический бюллетень(научно-технический журнал). 2001. №11. С. 204-207.

11. Agreement on Main. International Traffic Arteries (AGR) ECE/TRANS/SC. 1/384 14 March 2008. URL: unece.org/fileadmin/DAM/trans/conventn/ECE-TRANS-SC1-384e.pdf.

1. Nosenko A.S., Domnickij A.A., Kargin R.V., Shemshura E.A. Dorogi i mosty: trudy FGBU «Rosdornii». Moscow, 2014. №32/2. Pp. 40-54.

2. Hazanovich G.Sh., Ljashenko Ju.M., Nosenko A.S., Ostanovskij A.A., Nikitin E.V. Nauchno-tehnicheskie problemystroitel"stva vertikal"nyh stvolov, okolostvol"nyh dvorov, gorizontal"nyh i naklonnyh vyrabotok: trudy. Novocherkassk: NGTU, 1998. Pp. 159-164.

3. Nosenko A.S., Kargin R.V., Hazanovich V.G., Nosenko V.V. Mining Equipment and Electromechanics. 2009. №4. Pp. 13-16.

4. Nosenko A.S. Rabochie processy, parametry i jeffektivnost" shahtnyh pogruzochnyh mashin s gidravlicheskimi privodami : dis. ... d-r tehn. nauk: 05.05.06. Novocherkassk, 2000. 279 p.

5. Nosenko A.S., Hazanovich V.G., Nosenko V.V., Shemshura E.A. Mining Equipment and Electromechanics. 2009. №7. Pp. 8-11.

6. Shemshura E.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013. №4. URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4y2013/2001.

7. Kljuchnikova O.V., Shapovalova A.G., Cybul"skaja A.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №4 URL: ivdon.ru/magazine/archive/n4y2013/2064.

8. Patent №2108954 RF, MKI V65G25/08. Konvejer dlja transportirovanija sypuchih i kuskovyh materialov . G.Sh. Hazanovich, A.S. Nosenko, Ju.M. Ljashenko, R.V. Kargin -Zajavl.31.01.96; 0publ.20.04.98; Bjul. №11.

9. Hazanovich G.Sh., Kargin R.V., Nosenko A.S. Mining informational and analytical bulletin (scientificand technical journal). 2001. №11. Pp. 204-207.

10. Directive 2004/54/EC of the European Parliament and of the Council of 29 April 2004 on minimum safety requirements for tunnels in the Trans-European Road Network URL: bmvit.gv.at/verkehr/strasse/tunnel/downloads/ EURL_200454EGvom762004en.pdf.

11. Agreement on Main. International Traffic Arteries (AGR)ECE/TRANS/SC.1/384 14 March 2008. URL: unece.org/fileadmin/DAM/trans/conventn/ECE-TRANS-SC1-384e.pdf.

Завершение первого этапа структурных преобразований в горной промышленности РФ характеризуется изменением в формировании ее финансовых ресурсов, теперь это происходит исключительно за счет реализации продукции отрасли.

Остался в прошлом период длительного падения объемов производства по ходу реструктуризации отрасли, в течение последних лет можно наблюдать четкую тенденцию роста добычи полезных ископаемых, и изменения в лучшую сторону технико-экономических показателей развития горной отрасли. Правительство страны приняло «Энергетическую стратегию

России на период до 2020 г.», которая поставила задачу довести объем добычи угля до 410–450 млн. тонн в год и рост доли угля в выработке электроэнергии с 34 до 44%.

Чтобы выполнить эту стратегическую задачу к указанному сроку требуется значительно увеличить производственные мощности предприятий отрасли.

Это возможно добиться путем модернизации действующих предприятий, а также строительством новых. При этом Программой правительства предусмотрено до 2010 года прирост мощностей обеспечивать за счет технического обновления, а период 2011–2020 гг. должен характеризоваться коренным изменением технического уровня самого производственного процесса.

Как показывает передовой зарубежный опыт, высоких показателей в добыче угля можно добиться путем концентрации производства добычи на перспективных шахтах. В основе этого процесса лежит техническое переоснащение очистных комплексов, что приводит к большим изменениям в проведении подготовительных работ.

А это значит, что в первую очередь такие мероприятия должны затронуть самый прогрессивный комбайновый способ. Сегодня комбайновая проходка на ведущих угольных предприятиях Кузбасса охватывает до 98 % всего объема работ.

В парке добывающей техники угольной отрасли РФ проходческие комбайны насчитывают до 400 единиц, из них около 250 находятся в Кузбассе. Основную массу составляют комбайны типа ГПКС изготовленные Копейским машиностроительным заводом. Анализируя состояние проходческой техники можно констатировать неуклонное снижение технического уровня парка машин.

Износ комбайнов в основных угольных компаниях является настораживающим сигналом о возможных сбоях при обеспечении все возрастающего объема подготовительных работ.

Проходческий комбайн ГПКС

Выпускается Копейским машиностроительным заводом. Его назначение — механизированная отбойка и погрузка горной массы во время проведения горизонтальной и наклонной горных выработок угля и породы. Комбайн1ГПКС-00 в базовой модели предназначался для проведения горизонтальных и наклонных выработок с уклоном до ± 12° . На последних модификациях комбайна уже предусмотрены устройства способные удерживать комбайн на уклонах до ± 25°.

Парк проходческих комбайнов в российской угольной отрасли в основном укомплектован комбайнами модели ГПКС, в частности по Кузбассу их среди общего количества комбайнов до 97%.

Проходческий комбайн П 110

Комбайн с избирательным действием, имеет стреловой рабочий орган, комбайн используется для механизированного разрушения с последующей отгрузкой горной массы. Его применяют, когда необходимо выполнить арочную, трапециевидную или прямоугольную выработку с площадью сечения от 7 до 25 м2. Проходку можно совершать с уклоном ±12° в угольном или смешанном забое при максимальном пределе прочности породы 95МПа (f=7) и абразивностью около 15 мг в шахтах, где есть опасность по загазованности и пыли.

Проходческий комбайн КП 21

Выпускается Копейским машиностроительным заводом с 2000 года, за прошедший период о его работе поступали только положительные отзывы. Его отличную работу оценили как в России, так и в зарубежных странах. Проходческие комбайны КП21 предназначены для механизации разрушения и последующей отгрузки горной массы, когда выполняются горизонтальные и наклонные горные выработки.

Комбайн КП21 был представлен на ряде международных выставок и имеет достойные награды. Как один из лучших экспонатов он был награжден дипломом и медалью на выставке, проходившей в июне прошлого года в Новокузнецке.

ОАО «КМЗ» и крупная иранская компания «Sabir» наладили продуктивное сотрудничество, в марте прошлого года, выполняя заказ этой фирмы, были изготовлена и отправлена в Иран партия из двух проходческих комбайнов КП21.

Проходческий комбайн КСП 32

Комбайны проходческие средней серии КСП-32 предназначаются для механизированного разрушения и последующей отгрузки горной массы с места проведения горных выработок горизонтальных и наклонных до ±12 градусов.

Поперечное сечение выработок может достигать до 33 кв. м при угольной проходке и в смешанном забое. Допускается работа в условиях, при пределе прочности разрушаемой породы до 95 МПа (f=8) и абразивность до 15 мг в шахтах, где есть опасность по загазованности (метан) и угольной пылью.

Проходческий комбайн КСП-32 управляется с переносного пульта дистанционного управления. Комбайн был сконструирован и изготовлен в 1998 году на предприятии Ясиноватский Машзавод г. Донецк.

Проходческий комбайн КПД

Предназначается для разрушения горной породы, с последующей уборкой и транспортировкой разрушенной горной массы при осуществлении проходки подготовительных выработок. Поперечное сечение выработок по форме могут быть арочными, трапециевидными и прямоугольными сечением от 11 до 25 м2.

Конструктивные особенности, которыми обладает комбайн – это стреловидный телескопического вида исполнительный орган, на котором ось поперечного вращения, это устройство позволяет эффективно разрушать горные породы и в тоже время обеспечивать устойчивое положение комбайна;

возможны варианты установки на исполнительном органе электродвигателей разной мощности, что позволяет в зависимости от прочности разрушаемых пород выбирать наиболее экономически эффективный режим резания;

погрузочный орган, выполненный в виде нагребающих звезд, показывает высокую интенсивность погрузки, допускается возможность эффективно работать и в обводненных выработках.

Проходческий комбайн EBZ 160

Применяется для работы в горных выработках по углю, по смешанным забоям, так же их используют при проходке туннелей. При проходке туннелей и разрушении угольных пластов самыми подходящими условиями для комбайна принято считать крепость пород до 75 МПа.

При таких условиях комбайн показывает самые высокие результаты в резании, погрузке и транспортировке пород. Проходческий комбайн имеет отличную компоновку, обеспечивающую низкий уровень центра тяжести, удобна система управления, он надежно работает по восстанию.

Китайские проходческие комбайны

В Украине донецкой компанией ДТЭК и китайской SANY Heavy Equipment Со, Ltd (Китай) подписан меморандум, в котором выразили взаимопонимание и намерения поставить в Украину новейшее шахтное оборудование и технологии угледобычи. Подписанный документ определил так же приоритетное направления сотрудничества, которое будет заключаться в поставках оборудования и технологий, оговорен порядок предоставления услуг гарантийного и сервисного обслуживания. К 2014 году планируется возможность приобрести очистное оборудование и несколько десятков единиц проходческих комбайнов.

На пресс-конференции представитель компании SANY Heavy Equipment подчеркнул, что на шахтах донбасской компании уже работает несколько китайских проходческих комбайнов, и они показывают хорошие результаты в условиях Донбасса.

Выступивший на этой же пресс-конференции от имени дирекции ДТЭК Андрей Смирнов пояснил, что наряду с закупками отечественной техники, учитывая значительный прирост объемов добычи угля, дирекция компании ДТЭК приняла решение закупать и китайские проходческие комбайны. А. Смирнов объяснил это решение тем, что оборудование, планируемое к покупке, отличается надежностью, безопасностью и довольно высокой степенью компьютеризации, чего нет у отечественных комбайнов. Ресурс, который объявлен китайским производителем по своей технике, на 30-50% выше, чем имеют отечественные комбайны, а гарантийный срок составляет 20 месяцев, что показывает, насколько китайские производители уверены в качестве своих машин.

Проходческий комбайн JOY

На шахты ОАО «СУЭК», начиная с 2005 года, начали поступать из Великобритании новые проходческие комбайны JOY. Данную модель комбайна спроектировали специально для работ в условиях кузбасских шахт.

На комбайне установлены полуавтоматические буровые установки типа HFX, которые позволили отказаться от примитивного метода бурения ручными установками и тем самым повысили уровень безопасности работ. С 2008 года на новых комбайнах появились системы пылеотсоса, чем были созданы более комфортные условия для операторов комбайна.

Проходческий комбайн JOY позволяет предприятию увеличить темпы проведения работ на горных выработках в три четыре раза по сравнению со средним показателем на бригаду. В перспективе техника такого класса позволит довести уровень подготовки очистного фронта — до 1000 метров в месяц на бригаду.

Комбайн проходческий КП25

Комбайн проходческий КП25 предназначен для механизации отбойки и погрузки горной массы при проведении горизонтальных и наклонных выработок ±12°.Усовершенствованный рабочий орган комбайна позволяет эффективно использовать мощность двухскоростного электродвигателя, а применение системы подачи воды в зону разрушения в сочетании с внешним орошением значительно снижает уровень запыленности в выработке улучшая условия труда на рабочем месте машиниста.Применение гидромоторов в качестве привода ходовой части и питателя обеспечивает удобство и безопасность в обслуживании и надежность.Гидросистема комбайна обеспечивает плавное регулирование скорости подачи исполнительного органа на забой за счет применения регулируемого насоса, а автономная насосная станция обеспечивает удобство обслуживания гидросистемы.Нагребающая часть питателя производит нагрузку горной массы в приемный желоб конвейера, который может осуществлять погрузку в любые шахтные средства.Крепеподъемник с блокирующим устройством делает работу по возведению крепи удобной и безопасной.Комбайн может демонтироваться на составляющие части, удобные для спуска в шахту и транспортирования по горным выработкам.

Технические характеристики