Тема №1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ЛАВЫ ПО ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВЫЕМОЧНОГО КОМБАЙНА

МИНИСТЕРСВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра вычислительной математики

и программирования

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

и задания к выполнению

курсовой работы по информатике

(для студентов направления «Горное дело»)

Рассмотрено

на заседании кафедры ВМ и П

протокол №

Утверждено

на заседании учебно-

издательского совета ДонНТУ

протокол №

Донецк 2010

УДК 622.807.3.06(071)

Методические указания и задания к выполнению курсовой работы по информатике (для студентов направления «Горное дело»). /Составители В.В. Шамаев, С.В. Сиганов. – Донецк: ДонНТУ,2010. - с.

Тема №1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ЛАВЫ ПО ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ВЫЕМОЧНОГО КОМБАЙНА

ВВЕДЕНИЕ

Дальнейшее развитие угольной промышленности связано с широким применением механизированных комплексов для выемки угля в очистных забоях (лавах).

В настоящее время основными механизмами по разрушению угля являются комбайны, которые применяются на пластах различной мощности при любой устойчивости боковых пород.

Производительность очистного забоя зависит не только от типа комбайна, но и от организации работ в лаве. При этом учитываются затраты времени на отдельные операции в лаве, которые могут изменяться в зависимости последовательности их выполнения.

В любом случае производительность очистного забоя определяется его длиной, которая регламентируется различными горно-геологическими, техническими и организационными факторами, увязанными между собой единой целью – достичь максимально возможной добычи при минимальных непроизводительных затратах времени, которые, прежде всего, зависят от организации работ.

1.ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Длина лавы, оборудованной комбайном, может быть определена по затратам времени на отдельные операции. Основным фактором при этом является производительность комбайна, который определяет в конечном счете производительность очистного забоя.

Последовательность операций в лаве следующая. Комбайн перед началом работ находится в нише, конвейер придвинут к забою, а секции крепи отстают от забоя на ширину захвата комбайна.

По мере передвижения комбайна при выемке угля передвигаются секции крепи, которые подкрепляют кровлю, обнаженную после прохода комбайна. В определенных случаях комбайн осуществляет выемку угля только в одном направлении, в обратном ведет зачистку лавы на маневровой скорости.

Время, затраченное на выемку угля по всей длине лавы и подготовку лавы к выемке следующей заходки, называют циклом. В это время входят: время на работу комбайна по выемке угля; перегона комбайна в исходное положение (при односторонней выемке);время перерыва в выемке угля на подготовку лавы и оборудования к следующему циклу; продолжительность технологических перерывов; продолжительность неустранимых простоев. Продолжительность отдельных указанных операций зависит во многом от организации работ в лаве.

Целью данной работы определение длины лавы по организационному фактору (по затратам времени на отдельные операции в очистном забое при выемке угля комбайном).

Длина лавы по технологическим факторам определяется из выражения:

где Т_см - продолжительность смены по добыче угля, мин;
t_пз - время на подготовительно-заключительные операции в начале и

конце смены (прием-сдача смены, осмотр механизмов), мин;

t_ко - время концевых операций ,мин ;

n_ц - количество циклов в смену (снимаемых полос угля с величиной

захвата комбайна) ;
к_н - коэффициент готовности комбайна ;
- рабочая скорость передвижения комбайна по лаве при выемке

угля, м/мин;

- маневровая скорость комбайна (перегон комбайна в исходное

положение по лаве с одновременной зачисткой отбитого угля,

оставшегося на почве), м/мин;

t_в - удельные затраты времени на вспомогательные операции в

процессе выемки угля комбайном на один метр лавы (переста-

новка стоек, раскайловка упавшей породы, кусков угля),мин/м;

Σl_н – суммарная длина ниш (верхней и нижней), м;

Как показывает практика выемки угля комбайнами, в течение смены осуществляется в 1 – 3 цикла. Время на подготовительно – заключительные процессы составляет 20 - 40 мин, столько же времени уходит на производство концевых операций. Удельные затраты времени на вспомогательные операции составляют 0,1 - 0,2 мин/м.

Так как указанные затраты времени являются среднехронометражными, при определении длины лавы следует учитывать возможные их изменения в данном диапазоне.

Значение рабочей скорости для данного комбайна зависит от сопротивляемости угля резанию, мощности пласта и глубины захвата режущего органа комбайна.

Этот параметр определяется из выражения:

где Q_p -теоретическая производительность выемочных кмбайнов в

зависимости от сопротивляемости угля резанию, т/мин ;

m - мощность пласта, м ;

γ - плотность угля, т/м³;

r - глубина захвата комбайна (ширина снимаемой полосы угля по

длине лавы), м;

Маневровая скорость v_м определяется технической характеристикой данного типа комбайна.

Таблица 1 Теоретическая производительность выемочных комбайнов в зависимости от сопротивляемости угля резанию

Тип комбайна	Вынимаемая мощность	Ширина захвата	Расчетная теоретическая производительность ( , т/мин) при сопротивляемости резанию fs (кгс/см)
fs =120	fs =180	fs = 200	fs = 240
1K-101	1,0	0,63	3,5	2,2	1,8	1,3
-„-	1,0	0,80	3,5	2,5	2,2	1,7
МК-67	1,0	0,80	3,5	3,1	2,7	2,5
2К-52	1,4	0,63	4,5	4,5	3,9	3,5
-„-	1,8	0,63	5,2	4,5	3,9	3,5
ГГШ-68	1,4	0,63	7,2	7,0	6,2	4,9
-„-	1,8	0,63	9,1	7,0	6,2	4,9
КШ-1КГ	1,8	0,63	4,8	3,0	2,5	2,1

Продолжение таблицы 1

Значение исходных данных к теме №1

Номер варианта	Тип комбайна	m, м	g, т/м3	r,м	fs, кгс/см	Sln,, м	nц	tnз, мин	tко , мин	tв, мин/м	, м/мин
	1К-101	0,7	1,5	0,63				20¸40	30¸40	0,1	3¸6
	МК-67	0,8	1,4	0,80			1¸2		20¸40	0,1¸0,2
	БК-52	0,9	1,3	0,80			1¸3			0,1¸0,2	3¸6
	2К-52	1,0	1,5	0,63			2¸3	20¸30		0,1¸0,2
	МК-67	1,2	1,4	0,80				20¸40	20¸40	0,2	3¸6
	2К-52	1,4	1,3	0,63			1¸2		20¸40	0,1	3¸6
	ГГШ	1,5	1,4	0,63			1¸3			0,1¸0,2	3¸6
	КШ-1КГ	1,8	1,4	0,63				20¸40		0,1¸0,2	4¸6
	1БШ	1,0	1,3	0,80			1¸3		30¸40	0,2	3¸6
	1БКТ	0,6	1,4	0,80				20¸40		0,1¸0,2	3¸6

Примечание. Для всех вариантов исходных данных принять одинаковое значение величин: I = 360мин; к_Н= 0,9

Тема №2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ЛАВЫ ПО ГАЗОВОМУ ФАКТОРУ

ВВЕДЕНИЕ

Важным параметром проектируемых шахт является длина лавы, определяющая при заданном подвигании нагрузку на очистной забой.

Длина лавы зависит от ряда горно-геологических и горно-технических факторов. Одним из наиболее важных, особенно в условиях современных шахт, является газообильность лавы, которая в свою очередь зависит от газоносности пласта и боковых пород, применяемых схем проветривания участка, способов дегазации пласта и выработанного пространства.

Любое изменение этих параметров вызывает изменение допустимой по газовому фактору нагрузки на очистной забой и, соответственно, изменение длины лавы при заданном ее подвигании. Специалистам-технологам следует знать степень этого изменения для своевременного принятия правильных технических решений.

1.ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

Разработка угольных пластов сопровождается обильным выделением газа метана из непосредственно пласта, боковых пород и спутников (смежных, близлежащих пластов).

Правила безопасности допускают ведение очистных работ при содержании метана в исходящей из участка воздушной струе не более 1%.

В то же время увеличение добычи угля приводит к росту газовыделения. Концентрация метана в исходящей струе может при этом превысить допустимую. Уменьшить концентрацию метана можно двумя путями: увеличением количества подаваемого в лаву воздуха и удалением метана по источникам его поступления в забой – из пласта, вмещающих пород и выработанного пространства.

Количество подаваемого в лаву свежего воздуха ограничивается небольшой площадью сечения призабойного пространства и предельно допустимой правилами безопасности скоростью движения воздушной струи.

Второй путь уменьшения содержания метана в исходящей струе предусматривает дегазацию пласта, его спутников и выработанного пространства, разбавление метана подсвежающей струей воздуха, применение прямоточной схемы проветривания очистных забоев. Применение этих мероприятий обеспечивает значительное увеличение нагрузки на очистной забой. Тем не менее, на современных шахтах газовыделение зачастую является фактором, ограничивающим уровень добычи угля в лаве. Исходя из этих соображений, при проектировании очистного забоя длину лавы, рассчитанную по затратам времени на отдельные операции, необходимо проверять по газовому фактору.

Допустимая длина лавы по газовому фактору определяется из выражения:

где – допустимая по ПБ скорость движения воздуха в лаве ,м/сек

( =4м/сек);
d – допустимое по ПБ содержание метана в исходящей струе
лаве , % ( d =1%);

S – площадь поперечного сечения призабойного пространства
очистной выработки , м²;
r – ширина захвата комбайна;
– количество циклов в сутки(снимаемых полос угля с вели-
чиной захвата комбайна r );
m – мощность пласта;
γ – плотность угля , т/м³;
– коэффициент, учитывающий неравномерность

газовыделения ( = 1,4 – 1,6);

– газообильность лавы, м³/т;
В свою очередь газообильность лавы определяется по формуле:

где – относительное газовыделение из разрабатываемого плас-
та в призабойное пространство, м³/т;
– относительное газовыделение из выработанного простра-
нства, м³/т;
– коэффициент дегазации разрабатываемого пласта
( =0,2 – 0,5 );
– коэффициент дегазации выработанного пространства
( =0,3-0,6);
– коэффициент, учитывающий долю метана, поступающего

из выработанного пространства в призабойное; зависит от

системы разработки и схемы проветривания выемочного

участка:
= 1,0 при столбовой системе разработки с возвраточной

схемой проветривания;

= 0,8 при сплошной системе разработки с возвратноточ-
ной схемой проветривания;

= 0,2 при комбинированных системах разработки с

прямоточной схемой проветривания и подсвежением

исходящей из лавы струи воздуха;

Площадь поперечного сечения призабойного пространства очистной выработки S находится из выражения:

,

где m – вынимаемая мощность пласта, м;

b – ширина призабойного пространства лавы, м;

– коэффициент, учитывающий движение воздуха за пределами

призабойного пространства лавы ( = 1,05- 1,30);

– коэффициент, учитывающий загромождение рабочего прост-

ранства лавы крепью конвейера ( =0,75 – 0,9);

– коэффициент, учитывающий утечки воздуха через выработа-

нное пространство; принимается в зависимости от схемы

проветривания и способа управления кровлей:

где - определенный выше коэффициент, учитывающий долю

метана, поступающего из выработанного пространства в

призабойное.

Расчет допустимой по газовому фактору длины лавы позволяет скорректировать ее величину, определенную по организационному фактору (по затратам времени на отдельные операции в очистном забое), и выбрать окончательную длину очистного забоя, необходимую для составления проекта его отработки.

Значение исходных данных к теме №2

Номер варианта	m, м	в, м			, м3/т	, м3/т	r, м	g , т/м3
	0,7	2,9	1,10	0,9			0,80	1,27	1,4	0,8	3¸6	0,2¸0,5	0.5
	0,8	3,0	1,15	0,9			0,80	1,30	1,5	0,8		0,2¸0,5	0,3¸0,6
	0,9	2,8	1,25	0,8			0,63	1,33	1,6	0,2	2¸4	0,4	0,4¸0,6
	1,0	3,5	1,30	0,8			0,63	1,35	1,4	0,8	4¸6	0,5	0,3¸0,6
	1,1	3,7	1,05	0,9			0,80	1,38	1,5	0,2		0,3¸0,5	0,3¸0,6
	1,2	3,2	1,20	0,8			0,63	1,40	1,6	0,2	3¸5	0,3	0,4¸0,6
	1,3	3,3	1,15	0,8			0,63	1,45	1,4	0,8	4¸6	0,2¸0,4	0.45
	1,4	3,2	1,25	0,9			0,63	1,35	1,5	1,0		0,2¸0,5	0,3¸0,5
	1,5	2,8	1,30	0,9			0,80	1,30	1,6	1,0	2¸5	0,4	0,3¸0,6
	1,6	3,4	1,20	0,8			0,63	1,35	1,5	1,0	2¸6	0,3¸0,5	0.6

Примечание. Для всех вариантов исходных данных принять одинаковое значение величин: = 4 м/с; d = 1%

ВВЕДЕНИЕ

При проектировании новых и реконструкции действующих шахт,

а также подготовке новых горизонтов возникает необходимость определения оптимальных параметров технологической схемы шахты. К числу таких параметров относится и длина лавы, являющаяся основным элементом системы разработки пластов. От правильного выбора длины лавы во многом зависит эффективность работы угледобывающих комплексов, нагрузка на очистной забой и другие технико-экономические показатели участка. Встречающаяся на практике длина лав колеблется довольно в широких пределах – от 100 до 400 м, что можно объяснить, с одной стороны ,различными горно-геологическими и горно-техническими условиями разработки пластов, а с другой тем, что все еще часто она принимается волевым порядком без экономического обоснования, что нельзя считать правильным. Современный горный специалист должен владеть научными методами обоснования технологических параметров шахты с применением вычислительной техники, в том числе уметь определять и оптимальную длину лавы.

1.ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Длина лавы является одним из основных параметров системы разработки угольных пластов, оказывающее влияние на технико-экономические показатели работы очистного забоя и добычного участка в целом. При увеличении длины лавы пропорционально снижаются удельные (отнесенные к 1 т добычи) затраты на проведение выработок и сооружение приемных площадок, обслуживающих очистной забой. С другой стороны возрастает стоимость технологического оборудования, снижается его надежность, т.е. увеличивается количество отказов в работе, а следовательно и продолжительность операций, связанных с ликвидацией отказов, неизбежные при этом потери добычи угля приводят к экономическому ущербу, выражающемуся в увеличении себестоимости 1 т. угля. Следовательно, в конкретных горно-геологических и горно-технических условиях должна существовать такая длина лавы, при которой затраты на 1 т добычи угля будут минимальны. Та длина лавы, при которой обеспечивается минимум удельных затрат, называется оптимальной, и задача состоит в том, чтобы ее определить.

В общем случае целевая функция удельных затрат имеет вид:

,

где – длина лавы, м;

– принятая максимальная суточная нагрузка на забой, т;

С1, С2 – стоимостные коэффициенты, характеризующие затраты

соответственно на проведение выработок, их поддержание,

выполнение концевых операций в лаве и организацию забойного

оборудования.

Максимальная суточная нагрузка на забой принимается из ус-

ловия:

где - допустимая нагрузка на забой по условиям вентиляции, т/сут.;
- максимальная нормативная нагрузка на забой, т/сут.

Оптимальное значение длины лавы будет в том случае, когда сумма удельных расходов ΣС будет минимальна. Задачу определения можно решить путем исследования целевой функции(1) на экстремум путем дифференцирования. Более целесообразно решение задачи методом полного перебора расчетных вариантов с помощью ЭВМ, поскольку одновременно можно получить ответ на вопрос, как будут изменяться удельные затраты ΣС при изменении длины лавы , придавая различные значения длине лавы в пределах 100≤ ≤400 м с шагом Δ =10м и производя вычисления по формуле(1),найдем соответствующие суммы удельных расходов на 1 т добычи угля. Затем по минимальному значению ΣС находится соответствующее значение

В формуле(1) не учтены затраты, связанные с простоями лавы из-за отказов в работе забойного оборудования. С увеличением длины лавы возрастают число отказов и простой, связанные с их ликвидацией. Это приводит к потере добычи и удорожанию 1т угля. Поэтому найденную оптимальную длину лавы уточняют поправкой на надежность забойного оборудования по формуле:

,

где – коэффициент надежности работы забойного оборудования
(для устойчивых пород кровли = 0,86-0,9;для кровель
средней устойчивости =0,6 – 0,85).

Зная оптимальную длину лавы с поправкой на надежность забойного оборудования, рассчитываем суточное подвигание лавы из выражения

Расчет длины лавы по экономическому фактору позволяет определить ее оптимальное значение, при котором удельные затраты на 1 т добычи будут минимальны и таким образом получить определенный экономический эффект по очистному забою.

Значение исходных данных к теме №2

Номер варианта	, т/сутки	, т/сутки	, т/м2
			1,40	0,95	0,70	305,6	3,51
			2,00	0,94	0,68	189,4	3,22
			1,55	0,97	0,75	311,2	2,56
			1,82	0,96	0,67	222,2	2,92
			2,96	0,95	0,80	170,4	4,69
			1,30	0,97	0,70	474,1	3,76
			1,40	0,96	0,68	291,7	2,40
			1,75	0,97	0,72	289,6	2,75
			1,25	0,95	0,80	337,1	3,74
			1,50	0,98	0,80	292,1	2,83

Примечание. Для всех вариантов исходных данных принять одинаковое значение величин: = 100-400; = 10

ВВЕДЕНИЕ

Основными техническими направлениями развития угольной промышленности рекомендуется строить, как правило, крупные угольные шахты производственной мощностью 0,9; 1,2; 1,5; 1,8; 2,4; 3,0; до 6,0 млн.т угля в год. И только в особых случаях, на участках с ограниченными запасами, может быть допущено строительство шахт меньшей мощности.

Для обеспечения заданной или рассчитанной производственной мощности шахты необходимо иметь соответствующую длину действующей линии очистных забоев. Под длиной действующей линии очистных забоев понимают сумму длин всех действующих очистных забоев в шахте, одновременная работа которых позволит получить необходимую добычу шахты.

Следует, по возможности, стремиться к тому, чтобы производственную мощность шахты обеспечить меньшим количеством очистных забоев за счет применения наиболее современной техники и технологии, передовой организации труда.

Действующая линия очистных забоев зависит от ряда горно-геологических и технических факторов, к основным из которых можно отнести следующие: годовая производственная мощность шахты, количество угольных пластов и их мощность, вид механизации очистных работ, режим работы шахты и др.

Изменение этих факторов приводит к изменению действующей линии очистных забоев и специалистам-технологам следует знать степень этого изменения для пересмотра действующей линии.

1.ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Линия очистных забоев, согласно существующим положениям, должна состоять из действующих, резервно-действующих и резервных забоев.

Под действующими забоями понимают такие, которые работают полное число рабочих смен в сутки (обычно три смены по 6 часов и реже две смены).

Резервно-действующими забоями называют такие, которые работа-
ют неполное число рабочих смен в сутки и предназначены для компенсации потерь добычи угля при выходе из строя или вынужденных простоях части действующих лав. Согласно правилам технической эксплуатации (ПТЭ) необходимо планировать работу в одну смену одного забоя на 5-6 действующих в благоприятных горно-геологических условиях и на 3 - 4 – при разработке пластов в изменяющихся горно-геологических условиях.

Резервными называют оборудованные и подготовленные к работе, но неработающие или периодически вводимые в работу очистные забои.

При разработке тонких и средний мощности пологих и наклонных пластов действующую линию очистных забоев по каждому из принятых к одновременной разработке пластов определяют по формуле:

,

где - годовая производственная мощность шахты, т;

- коэффициент, учитывающий добычу угля из очистных забоев

(для тонких и средней мощности пластов, разрабатываемых

длинными очистными очистными забоями с проведением под-

готовительных выработок узким забоем =1.0; широким за-

боем =0,9);

Vг – годовое подвигание действующей линии очистных забоев по

шахте, м;

ΣΡ - суммарная производительность одновременно разрабатывае-
мых пластов, т/м²;

С - коэффициент извлечения угля в очистных забоях (С=0,95-0,98).

Годовое подвигание действующей линии очистных забоев определя-
ется по формуле:

,

где N – число рабочих дней в году;

r - ширина захвата комбайна, м;

n _ц – количество циклов в смену;

n_см – количество добычных смен в сутки;

k – коэффициент, учитывающий влияние горно-геологических усло-

вий на ритмичность работы лавы (к=0,85 – 0,95);

Суммарная производительность одновременно разрабатываемых
пластов вычисляется по формуле:

ΣΡ = Σm·γ_{ср ,}
где Σm – суммарная мощность одновременно разрабатываемых

пластов;

Σm = m₁ + m₂ + … + m_n;

γ_ср – средняя плотность угля , т/м³

Определив действующую линию очистных забоев по каждому пласту, узнаем действующую линию очистных забоев по шахте

,

где - количество одновременно разрабатываемых пластов

(рекомендуется не более трех пластов).

Общая линия очистных забоев по шахте с учетом резервных лав определяется из выражения

,

где - коэффициент резерва линии очистных забоев ( 1,1¸1,2).

Общее число действующих и резервно действующих лав по шахте

,

где - нормативная длина лавы, м. Принимается согласно рекомендациям норм технологического проектирования угольных шахт, правил технической эксплуатации прогрессивных технологических схем.

Можно принимать длину лавы, рассчитанную по производительности комбайна по условиям вентиляции.

Расчетная величина общего числа действующих и резервно-действующих лав округляется до целого числа - , ( ).

Общая линия очистных забоев по шахте с учетом принятого числа действующих и резервно-действующих лав записывается в виде

.

Тогда скорректированный коэффициент резерва линии очистных забоев выразиться так:

.

Используя полученный коэффициент , можно определить годовое подвигание действующей линии очистных забоев по шахте с учетом резервной линии очистных забоев

.

Такое подвигание ( ) необходимо принимать при построении календарных планов разработки пластов.

Значение исходных данных к теме №4

Номер варианта	,т	, м	, т/м3	, м	, м
		1,25; 1,53	1,42; 1,45			1,0	0,95	1,2		1¸4
		1,25; 1,46; 1,39	1,32; 1,35; 1,25	0,80		1,0	0,90	1,1	1¸3
		1,53; 1,85	1,35 1,42	0,63		1,0	0,85	1,1		1¸3
		1,85; 2,15	1,38; 1,32	0,80		1,0	0,90	1,2	1¸4
		1,25; 1,15; 0,95	1,28; 1,33; 1,35	0,63		0,9	0,95	1,2		1¸3
		1,12; 1,25; 1,15	1,35; 1,32; 1,30	0,80	180	0,9	0,90	1,1	1¸3
		1,67; 1,85	1,42; 1,45	0,63		1,0	0,85	1,2	1¸4
		1,12; 1,23; 1,98	1,40; 1,45; 1,47	0,80		1,0	0,95	1,2		1¸3
		1,13; 0,92; 1,15	1,29; 1,35; 1,32	0,63		0,9	0,90	1,1		1¸4
		1,63; 1,87	1,32; 1,35	0,80		1,0	0,95	1,1	1¸3

Примечание. Для всех вариантов исходных данных принять одинаковое значение величин: С = 0,98; N= 300 дней

Тема №5 ОПРЕДЕЛНШЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗАПАСОВ И ПРОЕКТНОЙ МОЩНОСТИ ШАХТЫ

ВНЕДЕНИЕ

При проектировании новых, реконструкции и модернизации действующих шахт всегда возникает необходимость определения проектной мощности шахты. Этот параметр горного предприятия яеляєтся главным, так как он определяет величину капитальных вложений на строительство или рекон­струкцию, и отсюда, себестоимость добываемого угля. Из опыта работы шахт известно, что чем больше проектная мощность шахты, тем больше тре­буется капитальных вложений на строительство, однако для более мощных шахт характерно снижение себестоимости угля.

В свою очередь проектная мощность шахты зависит от горно-геологи­ческих и технических факторов, к