В условиях сложной геологии часто происходит так, что комбайн попадает в ситуацию, когда площадь забоя оказывается меньше площади поперечного сечения резцового инструмента. Это называется «работа неполным сечением выработки». Получается, что некоторые механизмы периодически работают «вхолостую», в результате чего существенно возрастают динамические нагрузки на детали комбайна.
Для определения наиболее рациональных условий работы механизмов на калийном месторождении ученые ПНИПУ разработали модель нагруженности приводной системы комбайна в зависимости от высоты забоя. При этом они учитывали зону разрушения горного массива, силы и момент резания исполнительного органа машины.
Геннадий Трифанов, заведующий кафедрой горной электромеханики ПНИПУ, профессор, доктор технических наук:
– Во время работы комбайна происходит так, что часть исполнительного органа не взаимодействует с горным массивом в зоне его разрушения. Учет этой области важен для определения количества резцов, которые не участвуют в отбойке руды. Это позволяет добиться большей точности расчетов.
Достоверность модели политехники подтвердили реальным экспериментом – провели испытания высокопроизводительного горного комбайна «Урал-20Р», который занимает доминирующее положение в разработке калийных руд в России.
Максимальное отклонение между значениями теоретической модели и данными измерений составляло 10%. Это можно объяснить реальными условиями эксплуатации горного комбайна, например, неоднородностью массива калийной руды, из-за чего ее сопротивление резанию может увеличиваться или уменьшаться в разное время.
Ученые также выявили зависимость эффективности работы комбайна от высоты подрубки пласта калийной руды.
Владислав Куоза, аспирант кафедры горной электромеханики ПНИПУ:
– Мы учитывали колебания нагрузки, силу резания, удельные энергозатраты. Работа комбайна до 400 мм высоты подрубки оказалось малоэффективной, при этом зона 400-1300 мм показала высокую рентабельность. Самый динамический нагруженный диапазон находится в пределах 1300-1900 мм. Поэтому оптимальный диапазон высоты подрубки пласта – 400-1300 мм и 1900-2800 мм.
Это исследование позволяет оптимизировать работу горных комбайнов. Разработанная модель нагруженности приводной системы машины улучшит производительность и снизит риск аварийных ситуаций при работе неполным сечением выработки.
Напомним, Пермский национальный исследовательский политехнический университет является участником Пермского НОЦ и активно задействован в реализации научно-технологического проекта «Технологии разработки месторождений твердых полезных ископаемых» в рамках соответствующего направления.