Процесс добычи угля в очистных забоях как объект автоматизации. Цель и задачи автоматизации

Тема: Автоматизация процесса добычи угля в очистных забоях шахт

Рекомендуемая литература

1. Гірничі машини для підземного видобування вугілля: Навч. посіб. для вузів /П.А.Горбатов, Г.В. Петрушкін, М.М. Лисенко, С.В. Павленко, В.В. Косарев; Під заг. Ред.. П.А. Горбатова. – 2-ге вид. перероб. І доп. – Донецьк: Норд Комп’ютер, 2006.-669с.

2. Леусенко А.В., Высоцкий Г.В., Эйдерман Б.А. Скребковые конвейеры: справочное пособ. – М.:Недра, 1993.-221с.

3. Научные основы автоматизации в угольной промышленности: опыт и перспективы развития: монография / В.Г. Курносов, В.И. Силаев; Междунар. институт независимых педагогических исследований МИНПИ – ЮНЕСКО, ОАО «Автоматгормаш им. В.А. Антипова». – Донецк: изд-во «Вебер» (Донецкое отделение), 2009. – 422 с.

4. Электрослесарю добычного и проходческого оборудования: Справочник /Под.ред. В.А. Антипова. - Донецк: Донбасс, 1989. - 159с.

5. Овсянников Ю.А., Кораблев А.А., Топорков А.А., Автоматизация подземного оборудования: Справочник рабочего. - М.: Недра, 1990. - 287с.

6. НПАОП 10.0-3.01-90. Нормативы по безопасности забойных машин, комплексов и агрегатов.

Процесс добычи угля в очистных забоях как объект автоматизации. Цель и задачи автоматизации.

Процесс добычи угля в очистных забоях является основным технологическим процессом на шахте.

Технологический процесс добычи угля в очистном забое включает следующие основные операции:

- разрушение угольного массива;

- транспортирование угля на погрузочный пункт лавы;

- крепление выработанного пространства.

Для автоматизации процесса добычи угля в очистном забое он должен быть механизирован. К горным машинам для подземной добычи угля относятся машины, производящие отделение угля от массива, его погрузку на транспортные средства, крепление очистных выработок. В основном для добычных забоев угольных шахт применяются выемочные машины, механизированные крепи и вспомогательное оборудование разных видов [1]. Транспорт обеспечивается горно-транспортными машинами, как правило, скребковыми конвейерами [2].

Прогрессивным является применение очистных механизированных комплексов (ОМК), которые предназна­чены для механизации выемки угля и доставки его на подгото­вительную выработку, поддержания пород кровли и управле­ния состоянием вмещающих пород в призабойном пространст­ве.

В состав ОМК входят (см. рисунок 1):

- выемочная машина (очистной комбайн или струговая установка);

- забойный скребковый конвейер для транспортирования отделенной горной массы по лаве (при струговой выемке за­бойный конвейер входит в состав струговой установки);

- механизированная крепь;

- вспомогательное оборудование.

Рисунок 1 – Технологическая схема комплексно-механизированного очистного забоя с комбайновой выемкой

Специфичность условий эксплуатации горных машин, как объектов автоматизации, опре­деляется следующими факторами.

1. Многообразием горно-геологических ус­ловий шахтных пластов угля, например, в Донбассе чисто угольных шахтопластов - 13 %, с прослойками - 34 %, с твердыми включениями - 16 %, с про­слойками и твердыми включениями - 37 %. Пласт может иметь различную гипсометрию залегания.

2. Нестационарностью положения многих машин в процессе эксплуатации, что обусловливает подвижность рабочих мест обслуживающего персонала.

3. Вредными воздействиями внешней среды на рабочих и оборудование, проявляющимися в виде:

- стесненности во многих случаях рабочего пространства, что обусловливает неудобство функциональных поз, высокие энергозатраты и повышенную утомляемость персонала;

- опасности завалов рабочего пространства, взрывов газа и пыли, внезапных выбросов газа, угля и породы (по данным ДонУГИ 37,8 % действующих шахт Украины относятся к сверхкатегорийным и 31,2 % - к опасным по внезап­ным выбросам газа, угля и породы);

- повышенной в ряде случаев температуры, запыленности, влажности внешней среды, часто недостаточной освещенности и ограниченной видимости на рабочем месте;

4. Высокой динамической нагруженностью и повышенными виб­роакустическими характеристиками.

5. Работой в комплексе с другими машинами, что обуслов­ливает необходимость взаимоувязки их параметров.

6. Сложностью выполнения работ, связанных с техническим обслуживанием и ремонтами.

Специфичность условий эксплуатации горных машин ставит в число первостепенных задач обеспечение высокого уровня автоматизации и интеллектуализации процесса управления этими машинами при их эксплуатации. В общем, при автоматизации процесса управления добычей угля необходимо обеспечить решение следующих задач:

1. Социальная задача, заключающаяся в обеспечении максималь­ной безопасности для обслуживающего персонала, комфортности труда, мини­мальных затрат ручного и тяжелого физического труда, необ­ходимых санитарно-гигиенических условий работы обслужи­вающего персонала.В перспективе обеспечение безлюдной выемки угля;

2. Технико-экономическая задача, заключающаяся в повышении производительности работы машин, снижении себестоимости добычи угля;

3. Эксплуатационная задача, заключающаяся в обеспечении эффективного функционирования машин в рациональных режимах, поддержания работоспособного их состояния и обеспечении параметров надежности оборудования.

Таким образом, цель автоматизации управления технологическим процессом добычи угля заключается в поиске реализации технологических режимов, обеспечивающих безопасное ведение работ и наилучшее соотношение между количественными и качественными показателями процесса при минимуме производственных затрат.

Для достижения указанной цели система автоматизированного управления технологическим процессом добычи угля в очистных забоях шахт предполагает наличие следующих подсистем управления (см. рисунок 2):

- подсистема управления выемочной машиной;

- подсистема управления забойным скребковым конвейером;

- подсистема управления механизированной крепью;

- подсистема контроля и управления безопасным ведением работ в очистном забое.

Рисунок 2 – Структурная схема системы автоматизированного

управления технологическим процессом добычи угля в очистных

забоях шахт

Далее рассмотрим назначение и функциональные требования по управлению каждой из указанных подсистем управления.

Следует заметить, что в настоящее время в связи с развитием информационных технологий ведущей тенденцией при создании горных машин является переход от механики к мехатроники. Мехатроника - это область науки и техники, занимающаяся созданием качествен­но новых машин с программным компьютерным управлением их функциональными операциями и базирующаяся на синергетической интеграции механических, электротехнических и гид­равлических компонентов с электронными и компьютерными. Под синергетической интеграцией подразумевается прида­ние объекту качественно новых технико-экономических свойств на основе столь глубокого объединения в одном агрегате не­разрывно связанных компонентов разной технической природы, что они действуют как единый функциональный и конструктив­ный организм. (Синергетический эффект в системе – это «взрывной» или «прорывной» эффект, наблюдаемый при нарушении устоявшихся закономерностей в эволюции. Это революционный эффект, при котором происходит появление пространственно-временного порядка нового качества.)

Поэтому аппаратура автоматизации для класса мехатронизирован­ных горных машин в общем случае должна выполнять сле­дующие задачи:

1) управление с рациональной степенью интеллектуализа­ции функциональными движениями их рабочих органов с тре­буемыми характеристиками и параметрами;

2) необходимые виды защит от различного рода технологи­ческих перегрузок и нештатных ситуаций;

3) функции сервисного характера, улучшающие качество эксплуатации оборудования (например, диагностическое обес­печение контроля технического состояния узлов в режиме мо­ниторинга).