Projekt jednoorganowego kombajnu ścianowego o specjalnej konstrukcji przeznaczonego do eksploatacji pokładów cienkich

Problem of thin hard coal seams exploitation, including chosen data related with their resources in Poland, has been discussed in the introduction of the present study. On the basis of actually operated machines the assumptions, which should be satisfied by the longwall shearer used for exploitation of thin hard coal seams, have been made. A project of such longwall shearer combined with band conveyor and mechanized longwall support, including description of the machine operation technology and analysis of possible day output achievement, have been presented.Polska dysponuje stosunkowo dużymi zasobami surowców energetycznych, a ciągle rosnące zapotrzebowanie na energię skłania do ich racjonalnego wykorzystywania. Jedną z możliwości takiego racjonalnego gospodarowania zasobami naturalnymi jest eksploatacja węgla kamiennego z pokładów cienkich. W związku z wybieraniem coraz cieńszych pokładów węgla, zalegających bardzo głęboko, w trudnych warunkach górniczo-geologicznych napotyka się na duże problemy związane z uzyskaniem wymaganej wydajności wydobycia przy użyciu stosowanych aktualnie metod. Przyjmuje się, ze pokłady cienkie to takie o miąższości od 1.0 m do 1.5 m i właśnie ta niewielka wysokość wyrobiska ścianowego powoduje szereg ograniczeń związanych z efektywną eksploatacją węgla. Na podstawie dostępnych danych określono, że ilości węgla kamiennego w cienkich pokładach wynosi około 600 mln Mg. Znaczna część pokładów cienkich w ostatnich latach została przeklasyfikowana na nieprzemysłowe, co pozwala stwierdzić, że rzeczywista ilość węgla w pokładach cienkich jest znacznie większa. Na podstawie analizy wad i zalet jak i danych technicznych produkowanych obecnie maszyn, określono wytyczne i założenia do nowego rozwiązania maszyny urabiającej przeznaczonej do wydobywania węgla w ścianach niskich. Kombajn do eksploatacji cienkich pokładów powinien spełniać następujące wymagania (Bołoz, 2012): praca w systemie ścianowym, zastosowanie frezowania jako metody skrawania, rozdzielenie procesu frezowania od procesu ładowania, zastosowanie pełnej automatyzacja pracy, zastosowanie cięgnowego systemu posuwu, możliwość rozpoczynania nowego skrawu bez konieczności zawrębiania, gabaryty dostosowane do pracy w ścianach o wysokości od 1.0 m do 1.6 m, praca systemem dwukierunkowym. Fig. 2 przedstawia koncepcję kombajnu jednoorganowego. Kombajn ten składa się z kadłuba 2, jednego zamocowanego centralnie organu urabiającego 1 oraz dwóch rozkładanych ładowarek odkładniowych 3 i 4. Ładowarka 3 znajduje się w pozycji czynnej, natomiast ładowarka 4 w biernej. Kombajn jest ciągnięty po rynnach przenośnika 5 za pomocą łańcucha 6. Łańcuch 7 jest gałęzią bierną dla przedstawionego zwrotu prędkości. Podane, orientacyjne wymiary wynikają z analizy dotychczasowych rozwiązań kombajnów, głowic strugowych oraz założonego zakresu wysokości wyrobiska ścianowego (Krauze, 2006; Bołoz, 2012). Dla zaproponowanego rozwiązania przyjęto szereg koniecznych wielkości i przeprowadzono analizę możliwego do uzyskania wydobycia dobowego. Zestawione tabelarycznie wyniki umożliwiają określenie wydobycia dobowego możliwego do uzyskania przy określonych wartościach parametrów geometrycznych ściany, kinematycznych kombajnu oraz organizacyjnych pracy ściany. Dla założonych parametrów można stwierdzić, że minimalne wydobycie dobowe na poziomie Vd = 4032 Mg/d uzyskano dla L = 180 m, tp = 11 min, H = 1.0 m oraz T = 12 h/d. Maksymalne wydobycie dobowe na poziomie Vd = 11 612 Mg/d uzyskać można dla L = 300 m, tp = 0 min, H = 1.6 m oraz T = 18 h/d. Na wydobycie dobowe największy wpływ ma dobowy czas pracy ściany a następnie czas przekładki (Bołoz, 2012). Średnica organu dla takiego kombajnu dobierana jest do grubości pokładu. W przedmiotowym rozwiązaniu przyjęto organ o konstrukcji przestrzennej (belki nożowe zamiast płatów), aby powstający podczas frezowania urobek mógł spadać na spąg (Krauze, 2012b). Przykładowe rozwiązanie organu przestrzennego przedstawia fig. 3. Funkcję ładowania, realizowaną normalnie przez płaty, przejmują ładowarki. Rozdzielenie procesu ładowania od procesu frezowania jest jedną z najważniejszych zalet prezentowanego rozwiązania. Podczas pracy w ścianie parametry kinematyczne kombajnu mogą być zwiększane bez ryzyka wystąpienia problemów z ładowaniem na przenośnik, co obok możliwości ruchowych kombajnisty było głównym czynnikiem hamującym wzrost wydobycia. Załadunek urobku na przenośnik odbywa się za pomocą ładowarki, która po zmianie kierunku urabiania składa się, natomiast druga ustawiana jest w pozycji roboczej (Krauze, 2010). Kombajn porusza się tradycyjnie po rynnie przenośnika, jednak przy zastosowaniu cięgnowego systemu posuwu, który zrealizowany jest za pomocą napędów znajdujących się w chodnikach. Rozwiązanie takie umożliwia znaczne zmniejszenie gabarytów kombajnu dzięki usunięciu ciągników z kadłuba. Należy zaznaczyć, że w prezentowanym rozwiązaniu zakłada się zastosowanie pełnej automatyzacja pracy kombajnu i pozostałych maszyn ścianowych, co pozwala na urabianie calizny bez obecności załogi bezpośrednio w wyrobisku. Ma to duże znaczenie dla możliwości zwiększenia prędkości posuwu, szczególnie przy zakresie wysokości 1.0 m÷1.6 m. Przy wykorzystaniu znanych, z rozwiązań strugowych, systemów automatyki, sterowania i diagnostyki wprowadzenie automatyzacji procesu nie będzie stanowiło znaczącego problemu. W proponowanym rozwiązaniu kombajn ma możliwość wyjechania do chodnika na tyle, aby możliwe było zrealizowanie przekładki jak w przypadku strugów. Uzyskuje się wtedy krótki czas przekładki, który w skrajnym przypadku może zmieścić się w tzw. czasie organizacyjnym ściany. Ponadto urabianie odbywa się pełnym zabiorem na całej długości ściany co również korzystnie wpływa na wydobycie. Przekładkę realizować będą, oprócz układów przesuwnych sekcji, układy przesuwne napędów zlokalizowane w chodnikach lub ewentualnie obudowa skrzyżowań. Do sterowania położeniem kombajnu jednoorganowego, a w szczególności kierunkiem eksploatacji na wybiegu ściany (wznios, upad), zastosowane będą siłowniki korekcyjne łączące belkę układu przesuwnego sekcji z rynną przenośnika. Kopalnie jak i producenci sprzętu górniczego wykazują coraz większe zainteresowanie możliwością skutecznej eksploatacji pokładów cienki. Zaproponowany kompleks do eksploatacji cienkich pokładów wyposażony w kombajn jednoorganowy przeznaczony jest do pracy w technologii urabiania dwukierunkowego. Charakterystyczną cechą tej technologii jest brak fazy zawrębiania oraz praca na pełny zabiór na całej długości ściany. W przypadku zmiany grubości pokładu możliwa jest zmiana organu, natomiast sterowanie w kierunku wybiegu odbywać się będzie za pomocą siłowników korekcyjnych. Opracowanie technologii pracy kompleksu wyposażonego w kombajn jednoorganowy, analiza możliwego do osiągnięcia wydobycia dobowego, przy jego zastosowaniu oraz określenie wymaganych parametrów maszyn kompleksu ścianowego, a w szczególności kombajnu, potwierdza poprawność przyjętych założeń