NME Közleményei, Miskolc, I. Sorozat, Bányászat, 34(1986) kötet, 1-4. füzet, 93-109.
MERÍTÉKLÉTRÁS KOTRÓGÉPEK TELJESÍTMÉNYÉNEK ALAKULÁSA SZELEKTÍV MŰVELÉS ESETÉN KOVÁCS FERENC összefoglalás: A szerző új hatásfok tényezőt vezet be a kotrógépek teljesítményének számításánál. A szelek tivitás hatásfoka azt jellemzi, hogy a meddő közbeágyazódások különválasztását végző kotró hatásfoka milyen mértékben csökken a szelektálás miatt. A tanulmány a Thorez bányaüzemben dolgozó merítek létrás kotrók adatai alapján regressziós függvényt határoz meg a hatásfok változásának leírására. Foglal kozik az anyag a kotrási hatásfok és az időkihasználási tényező és szelektálás arányának kapcsolatával is.
A szelektív termelés egyik alapvető hátránya a jövesztőgépek, illetőleg a teljes gépi rendszer (szállítás, közvetlen átrakás, hányóképzés, második megfogás) teljesítményének csökkenése, a kotrási hatásfok romlása, valamint az időkihasználási tényező csökkenése. A géppark teljesítményének csökkenése akkor is jelentkezik, ha a letakarító gépek közben szenet is jövesztenek, hasonló a helyzet a szenelő gépek meddőzésre való beállítása esetén is. A kotrók hatásfok csökkenése a szelektálási arány mellett függ azonban azok elméleti teljesítményeitől (gépméret, géptípus) is. A letakarító szinteken dolgozó vezérgépek (ma rótárcsás kotrók) szelektív jövesztésre történő beállítása általában nem szokásos, mivel egyrészt a nagyobb gépek szelektív üzemben igen jelentős teljesítmény csökkenéssel dol goznak, másrészt a gépméretek miatt a vékony telep, ül. beágyazódás csak a megengedettDR. KOVÁCS FERENC oki. bányamérnök tanszékvezető egyetemi tanár a műszaki tudomány doktora Nehézipari Műszaki Egyetem Bányaműveléstani Tanszék 3515. Miskole-Egyetemváros A kézirat beérkezett: 1985. dec. 9.
93
nél nagyobb veszteséggel és hígulással lenne kitermelhető. Szelektív üzemben általában a kisebb teljesítményű merítéklétrás (vedersoros) kotrók dolgoznak. A szelektív termelés során a kotrógépek teljesítmény-csökkenésének meghatározásá nál a kotrók üzemét a szelektivitási tényezővel (S) jellemezzük. A szelektivitási tényező a mellékásvány (a letakarító gépeknél a szenelés, a szenelő gépeknél a meddő, ill. a köztespa dok jövesztése) jövesztés részesedési irányának (s) a kétszerese. Az sjövesztés részesedési arány azt mutatja, hogy egy jövesztőgép teljes üzemidejének (teljesítményének) hányad részét fordítja a mellékásvány kitermelésére. Ha az s értéke az 50%-ot meghaladná, akkor változik a főásvány-mellékásvány meghatározás. A fenti definícióból következik, hogy 0 < s < 0,50, ül. 0 <S < 1,00, mivelS = 2s. A külfejtésekben alkalmazott folyamatos üzemű kotrógépek elméleti teljesítményét (őelm) alapvetően a gép-paraméterek (merítek térfogat, ürítési szám) és a jövesztett anyag lazulási tényezője határozza meg. A kotrók üzeme során (csak egyféle anyag kiter melése esetén) elérhető tényleges (effektív) teljesítmény számításánál figyelembe kell venni a töltési viszonyok jellemzőit, a kotrási hatásfok (T^) értékét és az időkihasználási (r?f) tényező hatását. A tényleges teljesítmény és az elméleti teljesítmény közötti kapcso lat tehát: Qeff = Öelm Vk Vt = Öelm Vö
ahol rik = a kotrási hatásfok egytermékes jövesztés esetén r\t = az időkihasználási tényező. A szelektív termelés során a teljesítmény csökkenést a szelektivitás hatásfokával ve hetjük figyelembe. A szelektivitás hatásfoka: VS = 1 - 5 ( 1 -77r) ahol r\r redukciós tényező. Az T?S tényező azt a hatást fejezi ki, amit a különböző típusú, illetőleg más-más kö rülmények között üzemelő kotrók teljesítmény- és időkihasználási tényezőjében, valamint a szelektálás során jelentkező egyéb teljesítménycsökkentő tényezők miatt a szelektív ter melés okoz. Az S szelektálási tényezővel jellemzett esetben a kotró tényleges teljesítmé nye: Qeff, s = Öelm Vk Vt Vs = öelm Vös Qeffs = Öelm Vk Vt [1 ~ S(l - r)r)]
ahol T}QS = a szelektív üzemben dolgozó kotró összhatásfoka. A kotrási tényező (%) és az időkihasználási tényező (T?/) a gyakorlatban nem egy abszolút állandó paraméter. Szelektív üzemben dolgozó kotró esetében ezek értéke függ 94
a természeti adottságoktól, a szelektív módon történő jövesztés műszaki körülményeitől. A teljesítmények felírásánál ezért azt a megoldást is alkalmazhatjuk, hogy a kotrási-, va lamint az időkihasználási tényezőt is a szelektív termelés arányának függvényeként függő változónak tekintjük. Ebben az esetben természetesen az r\s szelektálási hatásfok már csak a szelektív jö vesztés elsődleges teljesítmény csökkentő hatásait képviseli. A kotró tényleges teljesítmé nye ilyen felírás mellett: Qeff,s = ßelm Vks Vts Vs = öelm Vks VtsU~S(l-
Vr)]
Az r\r redukciós tényező a korábbi vizsgálatok alapján a jövesztőgépek paraméterei vel és az üzemi viszonyokkal van kapcsolatban. A felírás szerint: C
ahol C az üzemi viszonyokat jellemző állandó érték üm a kotró merítek térfogata (liter) A korábbi vizsgálatok a C értékét 233-nak adták meg. A redukciós tényezőt figyelembe véve a szelektív üzemben dolgozó kotró összhatás foka, illetőleg teljesítménye:
nös=vkSvts[i-s\i~—-JJ Qeff,s = öelm Vks Vts U ~ S 1 -
T~
)
A kutatások során a kérdés elméleti vizsgálata mellett a Mátraaljai Szénbányák Thorez Bányaüzem 1984. évi tényleges adatait is elemeztük. A szelektív termelés hatásait az ERs-560-as típusú HM-2, az ERs-500-as típusú HM—3 és az ERs—700-as típusú HM—5 kotró adatait feldolgozva vizsgáltuk [1]. A munka során kigyűjtöttük, illetőleg számítot tuk havi bontásban a széntermelést [f és m3 ], az első (I) és második (II) megfogásból ter melt meddőt, valamint az összes megmozgatott anyag (szén + meddő) mennyiségét m3ben. Az I. megfogásból származó anyag mennyiségét tekintettük szelektált meddőnek. Számítottuk a szelektív termelés arányát (s). Meghatároztuk a havonta teljesített kotrási időt (szénben, I. megfogásban és összesen-, a kotrási teljesítményeket, a havi, ill. évi hasznos időalapot, valamint az időkihasználási tényező (r)t) értékét is. Számított érték ként meghatároztuk a kotrási tényező és az időkihasználási tényező szorzatát (r]k t}t), vala mint a szelektálás hatásfokát is. Ezeket az adatokat a kotrók elméleti teljesítméye (öelm) HM-2
1100m 3 /h
HM-3
1250m 3 /h
HM-5'
1680m 3 /h 95
valamint a tényleges teljesítmények (Qeff,s) 437m 3 /h
HM-2
320m 3 /h
HM-3
HM-5
383m 3 /h
HM-5
0,228
alapján számított összhatásfok (i?^) HM-2
0,397
HM-3
0,256
adatok alapján határoztuk meg. A számítások alapján a kotrási hatásfok (%) évi átlagos adata az egyes kotróknál: HM-2 ^0,60 HM-3 ^0,45 HM-5 ^0,50 A számított eredményeket ábrákon mutatjuk be. Az 1-3. ábra a szelektív termelés arányának (s) függvényében a tényleges teljesítmények alakulását mutatja havi adatok alapján. A szelektív termelés arányának növekedésével a kotrók tényleges órateljesítményének átlagos értéke határozott csökkenést mutat.
600
• 500
1
^4
«,400 6
4
.»
8 ^ 12* •
11
4
9
.6 300 •5i
200
&
Q
V
e f f . s = -627,8s 4 466
100
0,05
0,10
0,15
0,20
A szelektív termelés aránya
0,25
0,30
s (havi adatok)
1. ábra. A HM-2 kotró tényleges kotrási teljesítményének alakulása a szelektív termelés arányának függvényében
96
500
*" 400 • 9
í
"1
•12
+6
»8
7 11 *"
^2
300•1
•*
—|
.10
5-»
í 200
100
I—— -
Q
0
eff,s
• —
—
1
—
1
= - 200,1 s• 345 I.
1I
0,05
0,10
0,15
A szelektív
0,20
0,25
termelés aránya s
0,30
0,35
(havi adatok)
2. ábra. A HM- 3 kotró tényleges kotrási teljesítményének alakulása a szelektív termelés arányának függvényében
A havi adatok alapján a szelektív termelés aránya (s) és az időkihasználási tényező (T/Í) értéke között határozott tendencia nem mutatkozott. A 4- 7. ábra a szelektivitás hatásfokának alakulását szemlélteti a szelektív termelés arányának (s) függvényében. Mindhárom kotró és az összesített adatok alapján is egyértel mű a tendencia, a szelektálás mennyiségének (arányának) növekedésével a szelektivitás ha tásfoka csökken. A három kotró üzemére meghatározott C érték (242, 305, 281) közel azonos, mindhárom nagyobb, mint az irodalomban közölt C = 233-as érték. A 7. ábra adatai alapján meghatározva C = 261. (Az átlagos merítek térfogata üm = 590 liter). Vizsgáltuk az egyes hatásfok értékek alakulását a kotrókra vonatkozó éves adatok alapján is. A 8. ábra alapján határozottan látszik a tendencia, az T]ks értéke az s növekedésével csökken. A szelektív üzemmód a kotrási hatásfokot csökkenti. Az ábra alapján feltűnik még két dolog. Az egyik az, hogy a HM-5 és HM-3 kotró adatát összekötő egyenes s = 97
0
0,05
0,10
0,15 A szelektív
0,20
0,25
termelés
aránya
0,30 s
(havi
0,35 adatok)
3. ábra. A HM-5 kotró tényleges kotrási teljesítményének alakulása a szelektív termelés arányának függvényében
98
0,40
1
1,4
1.2 1 10
1,0
2
TV ' + 12 £0.8
+ 11
+ 9 ~ ~ ^
i
0,6
0.4
Ti'
1-2s
M
242 560
)
0.2
0 0
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
—^0,30
A szelektív termelés aranya s (havi adatok) 4. ábra. A HM-2 kotró szelektivitás! hatásfokának alakulása a szelektív termelés arányának függvényében
I
1,6
U
,8 •9
1,2 •12 +11
1,0
3
•JÉ
"^T"
+6 •*
0,8
7+
> •
•8 0,6
10
0.4
Is =1-2s f 1
-
30S 500 )
0,2
0,05
0,10
0,15 0,20 0,25 A szelektív termelés aránya
0,30 s (havi
5. ábra. A HM-3 kotró szelektivitasi hatásfokának alakulása a szelektív termelés arányának függvényében
100
0,35 adatok]
1 ? 1 I, L
9 +
1 n 10 a -IC
o ti
+ 12
n RU, 0
'•s 11 + + 4
a
7
. ^ 6
4
^
J +
2 4
1 EX n L<
V 1 -2s
fl
280,5 210
8
^
"V^-
)
n 9U, L
00
0,05
0,10
0.15 A
szelektív
0,20 termele's
0,25 aránya
0,30 s
0,35
—»0,40
(havi adatok)
6. ábra. A HM-5 kotró szelektivitási hatásfokának alakulása a szelektív termelés arányának függvényében
11* + 4-
o
to
12 -
+
•
. J " 1.0 -
•
* Ö
o ^2
*
•
•
Oft -
o
+
o
•
\
o
o o
4
o"*--»..
f 0
">
o
o o
IS
«^ n /. <
V1 -2s
^
261 "\ 590 J
fl ?
0 0,05
0,10
0,15
0,20
A szelektív
0,25
termelés
0,30 aránya
0,35
s (havi
7. ábra. A szelektivitás hatásfokának alakulása a szelektív termelés arányának függvényében (HM-2».HM-3+,HM-5 O)
0.KQ
adatok)
70 -
1 nt ^ks
I
1 1 =- 38,24 s + 61,1
r = 98,1 %
6R1—1
•
HM-2
i
t/»60 -
*>^M<s a
'£ 50 HM-5
o
HM-3 45
if)
350,05
0,10
0,15
0,20
0,25
Q30
A szelektív
0,35
termelés
0,40
aránya
8. ábra. A kotrási hatásfok alakulása a szelektív termelés arányának függvényében
g
s
0,45 {évi
átlag )
0,50
= 0,05 I-nél rjfcí = 55%-os kotrási hatásfokot jelöl ki, a HM-2 kotró tényleges adata ugyanakkor rjks = 60%. Ez azt jelenti, hogy a HM-2 kotró — nyilván elsősorban speciális technikai adottságai eredményeként, mivel stabilizátorral rendelkezik- mintegy 5%-kai magasabb kotrási hatásfokot biztosított, mint amit a 0,05 l-es szelektív termelési arány mellett a trendvonal kijelöl. A másik dolog az, hogy a nagyobb merítékű HM-5-ös kotró hatásfoka (rjks = 50%) „elmarad" a HM-2 és HM-3 kotró adataival meghatározott trendvonal alapján kijelölt értéktől. A kotrási hatásfok változása a szelektív termelés arányának függvényében % s =0,611 -0,3824s Az időkihasználási tényező éves átlagos adatainak alakulását a 9. ábra szemlélteti. A regressziós kapcsolat alapján az időkihasználási tényező változása a szelektív termelés arányának függvényében: T?ÍS = 0,715 -0,1759s
Ezen az ábrán is látható, hogy a HM—2 gép az s érték alapján „várt" hatásfoknál kedve zőbb, a HM—5-ös gép pedig kedvezőtlenebb eredményt ért el. A 10. ábra a kortási hatásfok és az időkihasználási tényező együttes ,,hatásfok" ér tékeit mutatja lineáris regressziós kapcsolat felírása esetén. Az r\kts természetesen származ tatható az r\ks és r\ts szorzata alapján is, ami másodfokü függvényt eredményez. A 10. áb ra alapján is látszik, hogy a HM-2 gép (az s érték hatását kiszűrve is) a szelektív termelés során viszonylag kedvező hatékonysággal alkalmazható. A szelektív termelés gazdasági értékelése során elsődleges kérdés természetesen az, hogy a T]s hatásfok tényező milyen módon változik az s független változóval, ahol a gép paraméter (üm) és az üzemi körülmények (C) hatását kell számításba venni. Az eddigiek felhasználásával a szelektív termelésben dolgozó kotró összhatásfoka: VÖS = VktsVs = (0,436 - 0,342s) 1 - 2s11 -
^ -
A kotrási összhatásfokot meghatározó két alapvető paraméter tehát a kotrógép mé rete (üm) és a szelektív termelés aránya (s). A felírt összefüggés jellege általános érvényű, a képletben szereplő állandók természetesen a visontai természeti (telepvastagság, kőzet minőség) és a technikai (merítéklétrás kotró, szalagszállítás stb.) adottságokra vonatkoz nak. A 11. ábra a három kotró 1984. évi teljesítmény adatai által rögzített összhatásfok értékeket szemlélteti. Ez az ábra is mutatja, hogy a HM—5-ös gép - mivel a nagyobb mé ret miatt a szelektivitás hatásfoka is lényegesen kisebb, mint a másik két gép esetében szelektív üzemmódban lényegesen kisebb összhatásfokot ért el, mint a kisebb méretű gé pek. A HM-5-ös gép összhatásfoka majdnem 10%-kal kisebb, mint amit a szelektív terme lés aránya (s) önmagában indokolna.
104
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25 A
szelektív
0,30 termelés
0,35 aranya
0,40 s
9. ábra. Az időkihasználási tényező alakulása a szelektív termelés arányának függvényében
Q45 (évi
átlag )
0,50
8
•iß
0.25
ín •a
"o
"*
0,20
0.15 J 0
| 0.05
| 0,10
| 0,15
| 0,20
| 0,25
A szelektív
| 0,30
termelés
| 0,35
aránya
| 0,40
s (évi
| 0,45
0.50
átlag )
10. ábra. A kotrási és időkihasználási tényező szorzatának alakulása a szelektív termelés arányának függvényében
45
40
HM-2
35
•^
2.
30HM-3 25
HM-5 20
15 0,05
0,10
0,15
a 2
° A
o
°'25 °<30 0,35 0.40 0,45 0,50 szelektív termelés aránya s (évi átlag )
11. ábra. A kotrási Összhatásfok alakulása a szelektív termelés arányának függvényében
A vizsgálat alapján általános érvénnyel is megállapítható, hogy szelektív művelés esetén a kotrási hatásfok, az időkihasználási tényező és a szelektív termelés hatásfoka a kotróméret növelésével csökken. Ugyanakkor ismert az a tény, hogy a kotróméret növe kedésével bizonyos határok között a fajlagos elméleti teljesítmény emelkedik. E két ellen tétes hatás eredménye alapján az adódik, hogy adott szelektálási arányhoz (s) — geológiai adottsághoz, telepszelvényhez — tartozóan létezik optimális kotróméret. Zavartabb (sok telepes, illetőleg beágyazódásos) előfordulás művelésénél a szelektív termelés körülményei hez jobban alkalmazkodó - kisebb elméleti fajlagos teljesítmény mellett nagyobb kotrási hatásfokot elérő - kisebb méretű kotrók, szabályos (egytelepes, illetőleg beágyazódás mentes) kifejlődés mellett nagyobb méretű (teljesítményű) kotrók alkalmazása gazdaságo sabb.
IRODALOM 1.
NME Bányaműveléstani Tanszék: A szelektív termelés paramétereinek optimalizálása. A Mátra aljai Szénbányák megbízása alapján készített kutatási jelentés. Miskolc, 1985. szeptember.
2.
KOVÁCS F.: A szelektív jövesztés gazdaságosságának értékelése szénkülfejtéseknél. BKL Bányá szat, 1 1 7 . ( 1 9 8 4 ) 2 8 9 - 3 0 1 .
EVOLUTION OF THE PERFORMANCE OF ELAVATOR DREDGERS IN SELECTIVE EXPLOITATION by F. KOVÁCS Summary A factor of new efficiency is introduced by the author for the performance calculations of dredgers. The efficiency of selectivity characterizes the reduction of the efficiency of a dredger used for separating barren interstratifications. A regression function is determined on the basis of data ob tained with elevator dredgers working at the Thorez mining plant, to describe the variation of effi ciency. The relation between dredging efficiency, time utilization factor, and selection is also discussed.
DIE ENTWICKLUNG DER LEISTUNG VON EIMERLEITER-EXKAVATOREN BEI SELEKTIVEM ABBAU von F. KOVÁCS Zusammenfassung Der Verfasser führt einen Faktor mit einem neuen Wirkungsgrad für die Berechnung der Bagger leistungen ein. Der Wirkungsgrad der Selektivität charakterisiert, die Abnahme des Wirkungsgrades ei-
108
nes die Trennung von unhaltigen Zwischenmitteln verrichtenden Baggers. Zur Beschreibung der Veränderung des Wirkungsgrades wurde, aufgrund von Angaben über die im Bergwerk Thorez arbeitenden Eimerleiter-Bagger, eine Regressionsfunktion bestimmt. Es wurde auch die Beziehung zwischen Baggerungswirkungsgrad, Zeitausnützungsfaktor und Selektion behandelt.
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ЧЕРПАКОВО-СБРОСНОГО ЭКСКАВАТОРА В СЛУЧАЕ СЕЛЕКТИВНОГО РЕЖИМА РАБОТЫ Ф. КОВАЧ Резюме Автор вводит новый фактор эффективности в расчет производительности экскаваторов. Эффективность селекции характеризует тот факт, в какой мере снижается эффективность экс каватора, разделяющего промежуточные слои пустой породы, из-за селекции. Работа определ яет регрессионную зависимость на основании данных черпаково-сбросных экскаваторов, рабо тающих на шахте Тореза, для описания изменения эффективности. Кроме того, уделено вни мание эффективности экскавации и фактору использования времени, а также степени селек ции.
109
