The side-crumble angle [psi] of coal and the energy consumption of the mining process as a function of the vertical component [sigma] of exploitation pressure

• Autorzy: Biały W.

Warianty tytułu

PL

Kąt bocznego rozkruszenia węgla [psi] oraz energochłonność procesu urabiania w funkcji składowej pionowej [sigma] ciśnienia eksploatacyjnego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Based upon test-bed laboratory measurements representing the digging process of the longwall shearer, the static plane force Pśr necessary in the solid rock digging process was estimated. The expcriments were perfomed using all the possible values of exploitation pressure, represented by the vertical component [sigma]z of the stress state (normal to the seam), which can oceur within the working area of the cutting device. The measurements were performed for different kinds of coal at both turns and cutting direetions and considenng the influence of the situation in which decreased coal coherence planes occurred. The experiments performed allowed the variations of the mineability index A[psi] values, the energy consumption of the digging process SE and side-crumble angle [psi] as a funetion of vertical component [sigma]z of the exploitation pressure to be determined. These experiments were performed for coal specimens at loads ranging between zero up to loading causing resistance destmction on the primary structure and the destroyed structure (ZS).

PL

Na podstawie badań stanowiskowych odwzorowujących proces urabiania pojedynczego noża przyrządu pracującego na zasadzie skrawania wyznaczona została wartość siły Pśr, która jest niezbędna do urabiania calizny węglowej. Odwzorowano sposób urabiania ścianowym kombajnem bębnowym oraz strugiem statycznym przy wszystkich możliwych wartościach ciśnienia eksploatacyjnego, reprezentowanego przez składową pionową [sigma]z stanu naprężenia (prostopadłą do pokładu), jaka może wystąpić w strefie zabioru organu urabiającego pracującego na zasadzie skrawania. Badania przeprowadzono dla różnych węgli przy obydwu kierunkach i zwrotach urabiania, uwzględniając wpływ usytuowania płaszczyzn osłabionej spójności węgli. Przeprowadzone badania pozwoliły wyznaczyć przebiegi zmienności wartości wskaźnika urabialności A[psi], energochłonności procesu urabiania SE oraz kąta bocznego rozkruszenia [psi] w funkcji składowej pionowej [sigma]z (i odpowiadającej jej składowej [sigma]x wzdłuż długości ściany) ciśnienia eksploatacyjnego. Wskaźnik urabialności A[psi] (Biały 1982, 2001) uwzględniający kąt bocznego rozkruszenia [psi] wyznaczony został z następującego wzoru: (w tekście wzór 7) Teoretyczną energochłonność procesu urabiania (Biały 2001a) na podstawie badań laboratoryjnych wyznaczono ze wzoru: (w tekście wzór nr 8) Badania zostały przeprowadzone dla próbek węgla przy obciążeniach [sigma]z od zera do zniszczenia wytrzymałościowego na strukturze pierwotnej oraz na zniszczonej strukturze (ZS). Jak wykazują badania, przebiegi wartości wskaźnika urabialności A[psi], w funkcji ciśnienia eksploatacyjnego są w początkowej fazie rosnące, a następnie maleją. Dotyczy to zarówno skrawów pionowych jak i poziomych, przy czym dla skrawów poziomych przebiegi te są łagodniejsze. Zmieniając dla skrawów poziomych zwrot urabiania (z P - L na L - P) otrzymano podobne przebiegi, przy czym różnią się one dość wyraźnie wartościami, co potwierdza występowanie w pokładach węglowych płaszczyzn osłabionej spójności zależnych od kierunku. Wynika stąd, że dla skrawów pionowych ciśnienie eksploatacyjne ([sigma]z) ma bardzo istotny wpływ na wartość oporów urabiania reprezentowanych przez wskaźnik urabialności A[psi]. Dla skrawów prowadzonych po zniszczeniu wytrzymałościowym (ZS) próbki krzywe te wykazują tendencje silniej malejące, natomiast wartości A[psi] przy tej samej wartości ciśnienia eksploatacyjnego osiągają wartości ponad dwukrotnie mniejsze. Bardzo podobnie przebiega zmienność energochłonności SE procesu urabiania, która dla skrawów pionowych w początkowej fazie jest silnie rosnąca, a następnie maleje. Natomiast dla skrawów poziomych przebieg ten jest łagodniejszy, niezależnie od zwrotu urabiania. Kąt bocznego rozkruszenia [psi] zmienia się w szerokim zakresie w zależności od materiału węglowego. Wpływ na tą zmianę ma również to, czy materiał węglowy jest z przerostami (wtrąceniami) czy bez. W związku z tym, że dotychczas stosowany podział (Jaszczuk 1933; Jaromin 1985; Kozieł 1996; Szymczyk 1988) w zależności od wartości kąta bocznego rozkruszenia [psi] na węgle kruche ([psi] > 60°) i zwięzłe ([psi] < 60°) jest niewystarczający, proponuje się wprowadzić następujący podział: - Wm węgle miękkie [psi] > 70°, - Wt węgle twarde 40° < [psi] < 70° - Wz węgle zwięzłe [psi] < 40°. Analiza materiału badawczego wykazała, że dotychczas stosowana klasyfikacja była niepełna, gdyż nic wiązała kąta bocznego rozkruszenia węgla [psi] ze wskaźnikiem urabialności A[psi] Nowa klasyfikacja pozwala precyzyjnie przypisać węgle do odpowiedniej kategorii.

Słowa kluczowe

EN

coal's mineability; mineability index; side-crumble angle; energy consumption of the mining process

PL

urabialność węgla; wskaźnik urabialności; kąt bocznego rozkruszenia; energochłonność procesu urabiania

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2002
• Tom: Vol. 47, nr 3
• Strony: 361--384
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Biały W.

• Katedra Podstaw Systemów Technicznych Wydziału Organizacji i Zarządzania Politechniki Śląskiej, 41-800 Zabrze, ul.Roosevelta 26

Bibliografia

• [1] Bialy W., 1982: Wpływ stanu naprężenia w strefie zabioru kombajnów ścianowych na urabialność mierzoną wskaźnikiem urabialnosci A. Praca doktorska, Politechnika Śląska, Gliwice (niepubl.).
• [2] Biały W., 2001: Wskaźnik urabialności Av węgla (skał) w funkcji składowej pionowej stanu naprężenia [...] przy uwzględnieniu kierunku i zwrotu urabiania. Górnictwo Odkrywkowe nr 5, Wroclaw.
• [3] Biały W., 2001 a: Estimation of the value of energy consumption in the digging process based upon the measurements of cutting power of a single knife. Międzynarodowa Konferencja „DIAGO 2001”, Ostrava 2001 (Czechy).
• [4] Biały W., 2002: Analiza metod badania urabialności węgla. Przegląd Górniczy 4 s. 19-23.
• [5] Borycz J., Koziel A., 2000: Wplyw koncentracji naprężeń w górotworze na wybrane parametry eksploatacji ściany węglowej. Międzynarodowa Konferencja KOMTECH 2000 „Efektywne prowadzenie wyrobisk w trudnych warunkach górniczo geologicznych”, Szczyrk, XX, s. 1-13.
• [6] Chodura J., 1989: Wyznaczanie parametrów konstrukcyjnych bębnów urabiających kombajnów ścianowych w aspekcie wychodu grubych sortymentów węgla w oparciu o badania laboratoryjne. Praca doktorska, Politechnika Śląska, Gliwice (niepubl.).
• [7] Jaszczuk M., 1999: Wpływ stanu obciążenia kombajnu ścianowego dużej mocy na możliwość uzyskania wysokiej koncentracji wydobycia. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Górnictwo z. 240, Gliwice.
• [8] Jaszczuk M., Chodura J., Siwiec J., 1993: Obliczanie parametrów pracy ścianowych maszyn urabiających. Skrypt Uczelniany nr 1785 Politechniki Śląskiej, Gliwice.
• [9] Jonak J., 2001: Wybrane aspekty optymalizacji konstrukcji i eksploatacji głowic do urabiania kamienia. I Międzynarodowa Konferencja „Techniki Urabiania 2001”, Kraków-Krynica, s. 383-404.
• [10] Jaromin Z., Skoczyński W., 1985: Badania dołowe i laboratoryjne skrawalności węgla. Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa nr 10.
• [11] Klich A., Losiak S., Ptak J., 2001 : Możliwości wpływania na efektywność urabiania węgla kamiennego kształtowaniem ciśnienia eksploatacyjnego. I Międzynarodowa Konferencja „Techniki Urabiania 2001 , Krakow-Krynica, s. 131-139.
• [12] Kozieł A., 1996: Przewidywanie energochłonności urabiania na podstawie określania wybranych parametrów skał. Praca doktorska. Politechnika Śląska, Gliwice (niepubl.).
• [13] Krauze K., 1995: Teoria procesu roboczego frezujących organów ślimakowych w skałach średniozwięzłych. AGH, Rozprawy, monografie 36, Kraków.
• [14] Losiak S., 1966: Ustalenie wpływu kąta wierzchołkowego i bocznej krawędzi tnącej noży wrębowych na opory urabiania węgli. Rozprawa doktorska, AGH, Kraków.
• [15] Sałustowicz A., 1968: Zarys mechaniki górotworu. Wydawnictwo „Śląsk”, Katowice.
• [16] Sikora W., Skoczyński W., 1988 Wpływ wzmożonych ciśnień górotworu na urabialność węgli. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Górnictwo z. 145, Gliwice.
• [17] Surma A., 2001: Dobór maszyn i technologii urabiania węgli trudnoskrawalnych na bazie doświadczeń ruchowych KWK „Wesoła”. I Międzynarodowa Konferencja „Techniki Urabiania 2001”, Kraków-Krynica, s. 422-431.
• [18] Szymczyk B., Paszek P., 1988: Organy urabiające ścianowych kombajnów węglowych. Konstrukcja, ważniejsze prace badawcze. Maszyny Górnicze nr 2/20, s. 2-22.
• [19] Radzik B., 1982: Określenie stałych sprężystości materiałów anizotropowych na podstawie pomiarów odkształceń prostopadłościennych próbek ściskanych jednokierunkowo. Praca doktorska, Politechnika Śląska, Gliwice (niepubl.).