Zagrożenia mechaniczne

Układy pociągowe maszyn

1. Liny- popularne cięgna

-lina z jedną warstwą splotek

-lina z dwoma warstwami splotek

-lina z trzema warstwami splotek

Liny są splatane z drutów, dzięki temu lina ma bardzo dużą wytrzymałość, dzięki temu można przesuwać przedmioty o dużej wadze.

Fu=f(α, µ)

α- kat opasania

µ- współczynnik tarcia (im większe tym możliwość podnoszenia większa)

Liny:

-

S₁- lina pociągowa

S₂- lina wyrównawcza

Systemy linowe były używane w pierwszych kombajnach. Możemy spotkać we wciągarkach, podciągarkach, kołowrotach liniowych

Lina może być przemieszczana przy pomocy sprzężenia ciernego.

Zagrożeniem jest możliwość zmiany współczynnika tarcia, poślizg pomiędzy kołem a liną.

Systemy linowe były używane w pierwszych kombajnach.

Pod wpływem działania siły lina będzie się wydłużać, co wpływa na jej trwałość. Lina napięta ma zgromadzoną energię sprężystą. Wyeliminowano cięgna linowe z powodu coraz większych obciążeń. Obecnie można je spotkać w urządzeniach pomocniczych w kopalni.

Liny stanowią niebezpieczeństwo również dlatego że nie widać ich wewnętrznych uszkodzeń co stwarza ryzyko zerwania liny.

Zalety: wyginanie, kształtowanie, elastyczność

Wady: pod wpływem działania siły lina się wydłuża, co prowadzi do drgania, co z kolei wpływa na trwałość liny (pękają druty)

Δl=PL/E

2. Łańcuchy

Występowanie:

-podciągarka

-suwnica

-przenośnik zgrzebłowy

Zastąpiły liny, występują w podciagarkach.

Łańcuch jest dobrym elementem, możemy go przegina o większe kąty niż w linach (w dwóch płaszczyznach). Są sztywniejsze niż liny dlatego ich wydłużenie jest dużo mniejsze niż w linach. Duża wytrzymałość.

Zbyt duże obciążenia powodowały coraz większe wydłużenie łańcucha i zwiększenie energii sprężystej. Łańcuchy coraz szybciej się zużywały, Az w końcu pękały. Nagromadzona energii po pęknięciu łańcucha powodowała duże szkody np. wypadanie łańcucha z koła napędowego, wypadki.

Systemy łańcuchowe mają jedna podstawowa wadę, pod wpływem wydłużenia łańcuch wypada z koła napędowego i zwisa stwarzając zagrożenie, a także powoduje nieprawidłową pracę urządzenia. Dlatego łańcuch trzeba napinać.

System zabezpieczeń łańcucha przed biczowaniem:

Łańcuch jest schowany i zabezpieczony tak aby nawet po zerwaniu nie wydostawał się z zastawki (za pomocą dźwigni).

3. System bez cięgnowy

1. System z zastosowaniem zamkniętej pętli łańcucha

Jest to łańcuch jak w rowerze. Łańcuch ogniwowy (w ciągnikach w górnictwie) jest systemem bezpiecznym, nie stanowi zagrożenia na zroby (dla zrobów)

2. Systemy zębatkowe

System zamknięty w zastawce przenośnika, łańcuch jest zamknięty a więc bezpieczny.

Ogniwa bardzo zużywają się pod wpływem czynników mechanicznych. Łańcuch od strony zrobów. Załoga przy wymianie nie jest zagrożona od czoła ściany. Duże koszty utrzymania w dobrym stanie.

3. Systemy kroczące

Siłowniki hydrauliczne, z zaciskiem, który współpracuje z trasą jezdną, która jest płaskownik. Następuje dociśnięcie prowadnika i przy pomocy siłownika następuje przesunięci. Zagrożenie małe ponieważ nie występują elementy ruchome, wirujące.

4. Systemy cierne

Są stosowane w kolejkach, rolki napędzane są pompa hydrauliczną, a pompy silnikiem spalinowym.

Sprzężenie cierne zależy od siły docisku i tarcia, ograniczeniem jest nachylenie. Aby móc zwiększyć nachylenie wykorzystuje się koła z zębatkami, mogą przenosić dużo większą masę. Kolejki przewożą zarówno ludzi jak i materiały.

5. System z łańcuchem osłoniętym wzdłuż prac jezdni

Zalety systemów bezcięgnowych

• Wyeliminowanie zagrożenia załogi wynikające z biczowania i zerwania łańcucha

• Wyeliminowanie urządzeń kotwiących i napinających łańcuch pociągowy (utrudniały transport urobku i ruch załogi)

• Zmniejszenie zużycia mocy na posuw maszyn

• Możemy na długości 1 trasy stosować więcej niż 1 maszynę

• Zlikwidowanie zjawiska samowyładowania urobku z przenośnika ścianowego przez biczujące łańcuchy pociągowe

• Proste rozwiązania w zakresie zabezpieczania kombajnu przy pracach w ścianach o nachyleniu powyżej 12^o

Jakie czynniki mają wpływ na zapylenie i w jaki sposób możemy je zwalczać.

Atmosfera kopalniana - o jej jakości decyduje skład chemiczny, temperatura, wilgotność, prędkość przepływu powietrza, cisnienie powietrza, zapylenie powietrza.

Zapylenie w podziemiach kopalni jest wynikiem stosowanych procesów technologicznych (najczęściej urabianie maszynowe i skrawanie)

Zapylenie ograniczenie widoczności, przeszkadza w oddychaniu, może uszkodzić maszyny np. zatarcie łożysk ( powoduje wzrost temperatury, a to wybuch lub pożar).

Pył-faza stała układu dwufazowego ciało stałe-gaz lub gaz - ciało stałe, jeżeli stopień rozdrobnienia fazy stałej jest tak duży, że w nieruchomym powietrzu o ciśnieniu 760 mm Hg i temperaturze 20 C ziarna ciała stałego na które działa tylko siła ciążenia po bardzo krótkim okresie przyspieszenia wskutek oporu przepływu ośrodka będą opadały ze stała prędkością mniejszą niż 500cm/s lub będą wykonywane ruchy Browna

Pył dyspersyjny ma nieregularne kształty i powstaje z rozdrobnienia większych ziaren oraz w procesach technologicznych takich jak: urabianie, przy obróbce drewna

Pył kondensacyjny powstaje przez ze scalanie się par, maja kształty regularne (owalne, okrągłe)

Pył węglowy te frakcje rozdrobnionego węgla, które biorą udział w wybuchu (takie frakcje które przechodzą przez sito tkane o oczkach 1mm).

Wybuch pyłu może zaistnieć gdy jego stężenie w atmosferze jest właściwej wielkości, poniżej i powyżej konkretnego stężenia nie dochodzi do wybuchu.

45-1000 g/m³ - granica wybuchowości pyłu węglowego, temperatura zapłonu obłoku 500-600 ^oC a dla antracytów 900-1000 ^oC.

Pył ma mała masę, ale dużą powierzchnię właściwą, kilkanaście cm² powierzchni - ta powierzchnia powoduje, że w czasie spalania zachodzi gwałtowna reakcja wybuchu.

O wybuchowości pyłu decydują gazy, części lotne.

• 10% części lotnych - pyl węglowy się nie przenosi

• Do 25 % zdolność przenoszenia rośnie na stałym poziomie

• 30 % wilgoci wolnej pył węglowy jest nielotny

• Wilgoć powyżej 50 % zabezpiecza przed przenoszeniem wybuchu

- ryzyko zachorowania na pylicę (czas ekspozycji, zapylenie) Rzp =f(Te x Z)

Stopień zagrożenia	Rodzaj pyłu	Zawartość wolnej krzemionki w pyle
				Poniżej 2 %	2% do 10%	10% do 50%	Powyżej 50%
	Pierwszy	Pył całkowity	10-20	-	-	-
		Pył respirabilny	-	2-4	1-2	0,3-0,6
	Drugi	Pył całkowity	20-40	-	-	-
		Pył respirabilny	-	4,8	2-4	0,6-1,2
	Trzeci	Pył całkowity	40-100	-	-	-
		Pył respirabilny	-	8-20	4-8	1,2-4

Źródło pyłu

W wyeksploatowanym przodku pył powstaje w wyniku: urabiania, transportu, ładowania(przez rozdrobnienie urobku; uwalnia się pył pierwotny) kierowania stropem, powstawania zawału, tam gdzie węgiel jest przesypywany.

Strefa zmiażdżenia i Stefa sprasowania- pył co jakiś czas wyrzucany jest z narzędzia w powietrze, powiększa się w miarę zużycia narzędzi a co za tym idzie- ilość pyłu też rośnie

68-80% energii idzie na strefę sprasowania

95-97% pow(?) węgla granulacja nie przekracza 0,1mm

Udział procentowy (od największej) pod względem źródła powstawania pyłu:

-kombajn

-obudowa

-przenośnik

-wlot

Urabianie oderwanie kawałka od calizny

Sam proces urabiania jest pyłotwórczy, ponieważ pył jest w węglu, bo węgiel ma budowę warstwową (pył pierwotny)

Podczas urabiania przez skrawanie powstaje strefa zmiażdżenia i sprasowania. Zasięg stref powiększa się w miarę zużycia, im większe zużycie tym większe źródło pyłu. 68-80% energii zostaje zużyta na strefę sprasowania. 95-97% węgla którego urabiamy koncentruje się na ziarnach do 0,1 mm. Na 1000 ton węgla mamy 1 tonę pyłu - czyli frakcji niebezpiecznej.

Na strefę sprasowania idzie 6-8 energii

Bezpieczniejsze urabianie hydrauliczne

Środki odstawy - dalsze rozdrabnianie urobku, uwalnia się pył pierwotny, dodatkowo powstaje pył w skutek miażdżenia

Procesy ładowania i transport urobku - ponieważ w tych procesach następuje dalsze kruszenie (rozdrobnienie) urobku.

Kierowanie stropem - dodatkowe źródło pyłu. „urabianie” pod wpływem nacisku górotworu.

Źródła zapyleń: kombajn 50%, przest. obudowy 12%, przenośnik 10%, ładowarki 30%

Wzrost koncentracji wydobycia powoduje większe zapylenie

Zapylenie względne Zw=Z/Q * 100%

Z-zapylenie w ścianie

Q -wydobycie

Czynniki mające wpływ na wielkość zapylenia

• Wentylacja

• Własności skał (węgla)

• Zastosowane technologie urabiania

Stężenie pyłu w wyrobisku: masa pyłu / objętość powietrza. Zwiększenie ilości powietrza nie może odbywać się w sposób nieskończony. Przy nadmiernych prędkościach powietrza następuje większe zapylenie, bo podnosi się pył ze spągu i ociosów.

Vg -granica minimalna, prędkość graniczna

Vk - prędkość krytyczna granica maksymalna

Vop - prędkość optymalna

Przy zbyt dużej prędkości pyły odrywają się i zapylenie zwiększa się

Własności skał (węgla)

• Mechaniczna - im węgiel łatwiej urabialny, tym ilość wytwarzanego pyłu jest większa. Węgiel matowy

• Wskaźnik zwięzłości f

• Zawartość części lotnych

• Zawartość wilgoci

• zapopielenie

Im węgiel łatwiej urabialny, tym ilość wytwarzanego pyłu jest większa

Węgiel błyszczący - wytwarza się z niego więcej pyłu podczas urabiania.(bo jest lepiej urabialny, ma niższy wskaźnik zwięzłości. Im eksploatacja głębsza tym więcej węgla błyszczącego)

• zapopielenie

Wzrost zapopielenia zmniejsza zapylenie lecz powyżej 25 % zapylenie wzrasta.

• zawartość wilgoci i zawartość części lotnych

Wzrost zawartości części lotnych zwiększa ilość pyłu całkowitego.

Zawartość wilgoci

Obniża zapylenie pyłu pierwotnego w zakresie 0,4-1,6

Technologie urabiania

- o wyższej koncentracji produkcji, albo strugi albo kombajny.

Strugi dają mniejsze zapylenie niż kombajny, a dzięki technice zwalczania zapylenia zmniejszają ilość pyłu pierwotnego.

Czynniki wpływające na zapylenie podczas pracy kombajnu:

• konstrukcja organu urabiającego (średnica organu, skok, liczba i wysokość zwojów w ślimaku, kształt pobocznicy piasty, przekrój poprzeczny powierzchni międzyzwojowej))

• parametry skrawania (podziałka skrawania, głębokość skrawu, prędkość skrawania)

• parametry pracy kombajnu (prędkość posuwu kombajnu, zabiór organu, prędkość obrotowa)

• konstrukcja noży skrawających (noże promieniowe lub styczne, geometria ostrza)

Konstrukcja organu

1. piasta ma stałą średnice na całej szerokości organu - 100% zapylenia (walcowy)

2. piasta ma kształt stożka, średnica zewnętrzna stała (organ stożkowy - 93% zapylenia

3. piasta ma kształt ekspotencjalny - 85% zapylenia

Zmiana konstrukcji piasty zmniejsza zapylenie.

Parametry skrawania -długości skrawu i położenie noży ma wpływ na wielkość ziaren

Głębokość zabioru - im większy zabiór tym zapylenie jest większe. Zmniejszenie zabioru wiąże się ze zwiększeniem prędkości posuwu kombajnu.

Prędkość posuwu - zwiększając prędkość posuwu zmniejszamy wielkość zapylenia.

Zapylenie w zależności od noży

• promieniowe są lepsze od stożkowych (mniejsze zapylenie)

• dyskowe - SA korzystne, mniejsze zapylenie, większy wybiór większych elementów

• stożkowe

• stożkowe chronione polikryształami

Prędkość obrotu organu urabiającego ma wpływ na zapylenie, im obroty większe zwiększa się skraw i zmniejsza zapylenie.

Im mniej noży w linii skrawania tym zapylenie mniejsze.

Wpływ na zapylenie ma także geometria noży

8-12^o optymalny kat

Stosowanie mniejszych kątów-> mniejsze zapylenie

Sposoby zwalczania zapylenia: cztery efektywne metody organiczające zagrożenie pyłowe

1. zapobieganie wytwarzaniu się pyłu

Można realizować na drodze projektowania maszyny urabiającej (organu urabiającego), optymalny dobór parametrów pracy, projekt układu mechanicznego.

Specjalne środki nawilgacania pokładu, realizowane na drodze projektowej układu mechanizmu, maszyny urabiającej oraz przez optymalny dobór parametrów pracy; metoda która zapobiega powstawaniu pyłu. Dobiera się specjalne środki do nawilgacania pokładu

Wtłacza się w pokład węglowy wodę w czasie urabiania lub przed urabianiem, woda wnika w szczeliny, zwilża znajdujący się tam pył pierwotny i pozbawia go lotności

Prowadzi to między innym do rozluźnienia pokładu co ułatwia urabianie i zmniejsz zapylenie.

Nie zawsze taka metoda jest opłacalna, mierzymy chłonność węgla, skał otaczających i wilgotność złożoną, Jeżeli różnica między tymi parametrami jest duża to metoda jest opłacalna.

Musimy także zwrócić uwagę na chłonność skal stropowych i spągowych. Zbyt duża wilgotność skał + nawadnianie powoduje wypiętrzenie spągu i zapadanie stropu. Dzięki tej metodzie można zredukować zapylenie do 50 %.

Bariera pyłowa - duża ilość pyłu podczas urabiani, im niżej tym więcej węgla błyszczącego- tam wykorzystuję się metodę zawilgocenia.

Systemy wtłaczania:

• wtłaczanie ze ściany

• bliskie (zmniejszenie wydobycia ze ściany)

• głębokie

• dalekiego zasięgu

• wtłaczanie z chodników

• dalekiego zasięgu

• wtłaczanie przed udostępnieniem pokładu

• wstępne

Żeby wtłaczanie było skuteczne to działanie pomp musi być na poziomie 60-100 MPa

Skuteczność wtłaczania węgli tłustych(ciężko się je zwilża) można zwiększyć poprzez środki obniżające napięcie powierzchniowe wody (proszki ,mydła, CABO, ZWILKOP) oraz środki zapobiegające parowaniu wody (sole wapnia i magnezu).

Możemy wtłaczać wodę za pomocą:

• NW - 3

• NW - 4

Cały układ podłączony jest do rurociągu przeciwpożarowego, woda nie musi być tak czysta jak w systemach zraszających.Odległość pomiędzy otworami musi być tak dobrana aby nie pozostawały nie nawilżone miejsca albo żeby obszary nawilżania sąsiednich otworów nie zachodziły na siebie.

2. przeciwdziałanie rozprzestrzenianiu się pyłu podczas urabiania

Ograniczenie strefy koncentracji pyłu do miejsca gdzie powstaje (organ urabiający), powinno się go pozbawić lotności. Stosuje się instalacje lub urządzenia zintegrowane z maszyną urabiającą.

Podział ze względu na zasadę działania

• instalacje

• urządzenia zintegrowane z maszyną urabiającą

• instalacje i systemy zraszające - zwalczają zapylenie wytwarzając mgłę wodną; na źródło powstania zapylenia kierujemy strumień wody

• instalacje i systemy pianotwórcze

• instalacje i systemy odsysające (odpylające)

Podział ze względu na ciśnienie wody

• instalacja systemu zraszającego niskociśnieniowe P≥2,5 MPa

• instalacja systemu zraszającego średniociśnieniowe 2,5< 8 MPa

• instalacja systemu zraszającego wysokociśnieniowe pow. 8 MPa

Podział ze względu na umieszczenie systemu zraszającego

• wewnętrzne

• zewnętrzne

• sektorowe

Strumień wody rozpylany na noże urabiające lub w strefie pracy organu urabiającego (tam gdzie powstaje pył)

-dysza przed nożem

-dysza w nożu

- dysza za nożem (korzystne jeżeli chodzi o zwalczanie iskry)

Zagrożenie podczas skrawania (nóż)

-powstanie pyłu

-powstanie iskry (iskrzenie noża)

Ciśnienie strumienia wody, a zapylenie

Nóż zraszany wodą jest chłodzony - mniej intensywnie się zużywa i może dłużej pracować. Im nóż bardziej się zużywa tym zapylenie jest większe. Zmniejszenie obciążenie noża powoduje zmniejszenie obciążenia organu i wynikające z tego zużycie energii.

Dobre wyniki gdy zużycie 10-20 dm3 na 2m3

Pierwsze „zraszacze”- zraszano wszystkie noże pracujące i nie pracujące. Żeby ograniczyć zużycie wody zaczęto stosować zraszanie strefowe, zrasza się tylko te noże które aktualnie biorą udział w skrawaniu.

Zraszanie strefowe-zraszanie tej części organu, która bierze udział w urabianiu

Zraszanie eżektorowe-wykorzystuje się zasadę działania dyszy Venturi'ego; dysze wyrzucają wodę do zamkniętej przestrzeni

Zasada działania dyszy Venturiego

Dysze strumieniowe wyrzucają wodę do zamkniętej przestrzeni.

• zewnętrzne

• sektorowe

3. usuwanie unoszonego pyłu z prądu powietrza kopalnianego

4. zapobieganie unoszeniu się pyłów osiadłych w wyrobiskach.

Zaległy wykład

Systemy zraszania wewnętrznego

na kombajnach ścianowych

ED system [Extraction drown]

95% powietrza zapylonego krąży w organie urabiającym

System niemiecki

W płatach są 2 kanały. Do drugiego doprowadzana jest woda poprzez dyszę. Zanożone wtryskiwacze. Kanałem 1 jest wsysane powietrze zapylone. Wymagane ciśnienie od 4 do 5 MPa.

W organach o średnicy poniżej 1,8m: uchwyt nożowy z nożem, w uchwycie są 4 kanały (2 boczne, 1 główny i dysze z doprowadzoną wodą do kanału głównego, wymusza on obieg powietrza - zraszanie zewnętrzne.

Skuteczność zwalczania zapylenia - zraszanie z dyszami za nożem (50-70%) dużo lepsze niż przed nożem (35%)

System zraszania zewnętrznego

np. pył, który nie został uchwycony przez zraszanie wewnętrzne może być uchwycony przez zraszanie zewnętrzne.

Na ramieniu kombajnu znajduję się dysza z zraszającą wodą (AQUQ - system urabiający). Rurociąg przeciwpożarowy z pompą wodną tłoczy wodę przez układ rozdzielaczy do dyszy.

Woda do zraszania i do chłodzenia silników elektrycznych, do chłodzenia olejów w układach hydraulicznych, do zwalczania zapylenia i do czyszczenia mechanizmu posuwu - zębatki zwilżane wodą aby oczyścić je z urobku (zwłaszcza jak są zamknięte).

Ze wzrostem ciśnienia maleje zapylenie ok. 20 MPa - optymalne ciśnienie (ma być dobrej jakości). Woda - skład chemiczny - nie może być twarda (wapń może zatykać dysze, żelazo też źle bo niszczy dysze).

Technika strugowa - pyłu wytwarza się mniej, strefa zraszania przemieszcza się równocześnie z ruchem głowicy strugowej, poprzez dysze w zastawkach przenośnika (ściany wyższe), ściany niższe - zraszanie jest ze stropnicy obudowy zmechanizowanej z ramienia kombajnu do 2,5 m.

USA - ciśnienie 4 MPa, powietrze czyste leci tylko na kombajnistów i na urabiający materiał w jednym kierunku jest przewietrzany a zapylenie leci w górę.

ZWALCZANIE ZAPYLENIA W WYROBISKACH CHODNIKOWYCH

Zamiast wody można stosować pianę (też jest skuteczna)

k = V_p / V_H2O

k - krotność piany

V_p - objętość piany

V_H2O - objętość wody, która została użyta do wytworzenia piany

Krotność piany:

- niskokrotne piany k < 400

- średniokrotne piany 400÷600

- wysokokrotne piany k > 800

Krotność > 200; z 1 l wody =» 2,5 m³ piany

Trwałość piany [min] w min do zaniku piany

Stopień spienienia

Kombajn chodnikowy: AERO-Ch:

- rurociąg przeciwpożarowy,

- zbiornik z pianą,

- wytwórnia piany z dostarczaną wodą w wytornikach.

Zwalczanie zapylenia - usuwanie pyłu za pomocą odpylaczy:

- odpylanie suche

- odpylanie mokre

Odpylanie suche - odpylanie odbywa się na filtrach, oddzielone powietrze od pyłu, filtry tkaninowe, ceramiczne lub z tworzyw sztucznych;

Zalety: duża skuteczność i sprawność 99,9%, małe zapotrzebowanie energii.

Wady: duże gabaryty, duże temperatury oczyszczonego powietrza + 6 ˚C i zasilanie sprężonym powietrzem do czyszczenia filtrów.

Odpylanie mokre - główną rolę pełni rozpylona woda,

Zalety: małe gabaryty i masa odpylaczy, obniżenie temperatury zassanego powietrza (spadek o 3˚C), duża skuteczność.

Wady: duży hałas (wirnik), zawilgocenie przodka i spągu.

Skuteczność zwalczania zapylenia:

Kombajn chodnikowy (BĘBNOWY) wyposażony jest w odpylające wyrzutniki mgły - działają jak dysze Venturiego; mgła wyrzucana jest w organ urabiający co pozbawia pyłu lotności;

Powietrze zanieczyszczone zasysane jest do wyrzutnika

System komorowy:

Świeże powietrze dopływa do wyrobiska, na kombajnie znajduje się szereg dysz. Kierujemy pyl w przestrzeń ograniczoną, gdzie dodatkowo oczyszcza się powietrze. Instalacja odpylająca poza urządzeniem (kombajnem) kombajn podłączony do rurociągu wodnego.

Gdy maszyny nie pracują to zapylenie jest minimalne. Należałoby monitorować stan zapylenia, a nie pobór energii bo maszyny mogą być włączone, a nie pracować.

Przybierka skał powoduje znaczny wzrost zapylenia.

Organ urabiający - główny twórca pyłu.

Skuteczność zwalczania zapylenia:

35%

50% skuteczności, które podają producenci

90%

Zużycie noży:

Rodzaje zużycia:

-ścierne pomiędzy narzędziem a calizna urabiania

- mechaniczne może dotyczyć ostrzy (wykruszenie, wyłamanie spieków) jak również trzonków noży (złamanie, wygięcie trzonka).

Metody pomiaru zużycia trzonka:

- metoda liniowa - mierzymy ślad zużycia noża

- metody profilowe - odtworzenie pierwotnego kształtu noża z użyciem rzeczywistym (przydatne przy nożach stożkowych)

-objętościowe (masowe) - Objętość noża nowego i zużytego mierzymy i porównujemy (możemy zmierzyć masę)

Czynniki wpływające na intensywność zużycia:

- własności skał (zwięzłość, twardość itp.)

-własności materiałów, z których wykonane jest ostrze (twardość)

---