Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева

Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Индустриально- инновационный проект
Презентация
на научно-технический совет департамента
угля по проекту на тему:
Очистной
роботизированный
комплекс с адаптивнопрограммным управлением
(ОРКАПУ)
.
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Очистной
роботизированный
комплекс с адаптивнопрограммным
управлением (ОРКАПУ)
Докладчики:
д.т.н., проф. Ермеков Т.Е.,
д.т.н., проф. Атанов С.К.
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Цель проекта:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Целью проекта является разработка
и создание опытного образца
робототехнологических комплексов на базе очистного комплекса «Глинник» и
горно-выемочного манипулятора фронтального действия ВМФ-4НА для
внедрения в условиях шахт департамента угля, для разработки угольных
пластов подземным способом при безлюдной выемке угля.
Разработка методов проектирования для разрушения крепких горных пород с
учетом динамики внешних сред и упругих свойств звеньев. Оптимизация
параметров
электрогидроприводов
исполнительных
манипуляционных
механизмов с шагающими системами перемещения различных степеней
подвижности.
Разработка адаптивно-программного управления в диалоговом режиме и систем
диагностирования состояний.
Моделирование динамики исполнительных механизмов с учетом нелинейных
функций положения при резании крепких горных пород.
Синтез движения исполнительных механизмов с различными рабочими
органами.
Анализ и синтез дифференциальных уравнений динамических систем методом
периодических решений.
Окончательная цель- внедрение ОРКАПУ в шахтных условиях
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Задачи для достижения конечного результата:
- Обеспечение безопасности горных работ в очистном забое
и без постоянного присутствия рабочих засчет адаптивнопрограммного управления и внедрение в шахтных
условиях;
- резкое снижение потерь полезных ископаемых, а также
повышение качества добываемого полезного ископаемого
за счет применения горного автоматического выемочного
манипулятора с исполнительным органом избирательного
действия;
- снижение удельной энергоемкости разрушения полезного
ископаемого и металлоемкости в 2-3 раза по сравнению с
существующими узкозахватными комбайнами.
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Актуальность проекта
Одним из приоритетных направлений принятой правительством
Республики Казахстан концепции развития горной отрасли
Казахстана на период до 2020 года является роботизация и
автоматизация
производственных
процессов,
экологическая
безопасность и меры по снижению отрицательного воздействия на
людей окружающей среды.
Разработка угольных пластов подземным способом отрицательно
сказывается на состоянии земельных ресурсов и наносит как
экономический, так и экологический и социальный ущерб.
Внедрение безотходной технологии выемки угольных пластов требует
создания научных основ горношахтной роботизации, а также
подготовку инженерно-конструкторских разработок элементов,
устройств, систем управления шахтными роботами.
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Новизна проекта
Научно-практическая новизна проекта заключается в следующем:
- Впервые в мировой практике разработан инновационный способ
резания угольного пласта, который обеспечивает уменьшение
удельной энергоемкости резания пласта в очистном забое в 10 раз по
сравнению с существующими очистными комбайнами.
- Разработана новая схема расположения всех выполняемых операций
по выемке угля в рассредоточенных различных точках.
- Разработан механизм совмещения скорости перемещения ВМФ-4НА,
обеспечивающий эффективность и надежность технологической
линии.
- Обеспечивается крепление призабойного пространства и управление
кровлей с учетом внезапных выбросов метана и самовозгорания
пласта.
- Разработан специальный гидрораспределитель с 20 позициями и блоксхема гидравлического золотникового распределителя.
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Перспективность проекта
Разработка робототехнологических комплексов позволяет
повысить эффективность взаимодействия человека-оператора и
диагностической системы и свести к минимуму опасность
чрезвычайных ситуаций. Появляется возможность расконсервации и
разработки
техногенных
запасов
месторождений
полезных
ископаемых в сложных горно-геологических условиях. Основными
преимуществами проектируемого комплекса являются:
-автоматическое
управление
выемочным
манипулятором и
механизированной крепью по заданной программе,
-управление забойным и реверсивным конвейером на штреке,
закладочным комплексом,
-автоматическое регулирование нагрузки при различных диаметрах
резцовых коронок манипулятора,
-изменение программы работы комплекса в зависимости от горногеологических условий.
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
ВМФ-4НА для отработки пологих, наклонных угольных пластов мощностью
3,0-7,0 м
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Область применения
Комплекс ОРКАПУ применяется для разработки локальных,
забалансовых запасов угольных пластов, а также для отработки
целиков различного назначения. Комплекс предназначен для
разработки угольных пластов в сложных горно-геологических
условиях с длиной лавы до 45 метров. Также он может
применяться в строительстве метрополитенов и тоннелей.
Особую роль он играет при разработке пластовых
месторождений, а также при строительстве подземных
сооружений при сложных горно-геологических ситуациях.
Также комплекс необходим при отработке пологих, наклонных
целиков в комплексе с механизированной крепью, так как
способен вести избирательную выемку на пластах с различной
мощностью, 2,2-5,0 метров на базе ВМФ-4НА.
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Комплекс ОРКАПУ
Впервые в мировой практике предлагается инновационный способ резания
угольного пласта, что позволяет в 10-15 уменьшить удельную емкость
резания по сравнению с существующими способами. Общая мощность
электродвигателей выемочного манипулятора составляет около 50 кВт.
Это достигается тем, что при отбойке горных пород стреловидными
исполнительными органами комбайнов, заключающейся в подаче
исполнительного органа на забой, качание исполнительного органа по
мощности пласта забоя и перемещение исполнительного органа производят
одновременно, при этом скорость перемещения определяют из соотношения:
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Способы обработки забоя: а) непрерывный способ; б)
последовательный способ
Сечение по А-А на фиг.1
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Для
определения
необходимой
скорости
перемещения
исполнительного органа, при которой исключается образование
гребешков неразрушенной породы, необходимо выполнение
следующего соотношения:
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Основные характеристики роботизированного комплекса ( ОРКАПУ)
Показатель
Данные
1.Длина лавы, м
45
2.Система разработки
Любая
3.Тип механизированной крепи
Глинник
4.Скребковый конвейер
от комплекса «Глинник»
5.Общая мощность электродвигателей комплекса, кВт
100
- механизированной крепи
30
- ВМФ- 5НА на базе исполнительного органа ПК-56М
46
- очистного конвейера
24
6.Удельные энергозатраты агрегата, кВт*ч/т
0,4
7.Масса одного манипулятора, т
до 5,0
8. Вынимаемая мощность пласта, м
2,5-5,5
9.Угол падения пласта, град.
до 35
10.Суточная нагрузка при 2-х ВМФ-4НА, т/сут
1850
11. Обслуживающий персонал, чел/смена
5-7
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Выемочная машина ВМФ-4НА
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Секция крепи Глиник - линейная
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Секция крепи Глиник - линейная
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Технологические процессы выемки осуществляются флангово- фронтальным способом
Технологический процесс выемки:
•
•
•
1,2– начальный и конечный процесс фланговоовой обработки забоя;
3,4 –фронтально- фланговая технологическая выемка
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Адаптивно-программное управление ОРКАПУ
• Адаптивно-программное управление (АПУ) ОРКАПУ включает
следующее:
• - общая схема микропроцессорного управления,
• - схема электрораспределителя с ферритами на 22 позиции,
• - общая схема управления ВМФ-4НА,
• - гидравлическая схема автоматического управления ВМФ-4НА,
• - гидравлическая схема секции механизированной крепи,
• - общая схема микропроцессора, состоящая из схемы управления
гидравлической секцией и схемы управления механизированной
крепью.
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Задачи и система микропроцессорной системы управления
угольного комбайна
НАБЛЮДЕНИЕ
МИКРОПРОЦЕССОРНОЕ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ
УПРАВЛЕНИЕ
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ
МЕХАНИЗМЫ
( гидрораспределители,
гидроцилинры)
ИЗМЕРЕНИЕ
(сигналы с датчиков
давления , температуры и
положения)
АО «Арселор Миттал Темиртау»
Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Система управления робототехнологическим комплексом в составе
горного автоматического выемочного манипулятора
ВМФ-4НА
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Гидравлическая схема секции крепи ОРКАПУ
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Ожидаемые результаты
-
-
-
Оптимизация характеристик приводов и механизмов с шагающими
системами перемещения в различных степенях подвижности.
Автоматизация проектирования манипуляционного «Робота» в
различных технологических операциях в условиях опасных для жизни
и здоровья человека.
Формирование
технологической
и
технической
концепции
построения диагностических и манипуляционных систем на основе
направленного изучения мехатроники.
Высокая маневренность выполнения операций различными
вариантами в зависимости от расположения ВМФ- 4НА.
Возможность адаптивно-программного управления ОРКАПУ на
расстоянии до 500 метров и с поверхности.
Обеспечение надежности и эффективности ОРКАПУ при качестве в
очистном забое.
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Экономические показатели
Факторами экономического эффекта являются:
- Снижение трудоемкости за счет полного устранения ручной работы в
очистном забое.
- Снижение затрат за счет оставления породы в шахте и её закладки для
поддержания выработки.
- Снижение потерь угля за счет отработки, ранее считавшихся
некондиционными, запасов угля и участков со сложными условиями.
- Снижение численности обслуживающего персонала за счет
автоматизации
технологических
процессов
и
повышения
безопасности работ путем безлюдной выемки.
- Суточная нагрузка на ОРКАПУ свыше 1500 т/сутки с 2-мя ВМФ-4НА
- Количество обслуживающего персонала не более 5-ти человек.
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Выемочная машина флангово- фронтально-избирательного действия ВМФ, работающая по
челноковой схеме (без концевых операции), предназначена для работы в сложных
горногеологических условиях и может применятся для разработки пластовых
месторождений полезных ископаемых в следующих горногелогических и технических
условиях:
– разработка пологих, полого- наклонных пластов со сложными горногелоогическими
условиями (сложная гипсометрия пласта, наличие твердых включений, валунов и т.д.);
– раздельная выемка угля и породы;
– может работать в комплексе с механизированными крепями поддерживающего,
оградительно- поддерживающего типов и с индивудиальными крепями.
Выемочная машина изготовляется в двух вариантах ВМФ-4М и ВМФ-4Н.
ВМФ-4М предназначена для работы на пологих пластах и имеет ручное управление.
ВМФ-4Н предназначена для работы на наклонных пластах с автоматическим управлением и с
непрерывной отбойкой полезных ископаемых.
Выемочная машина ВМФ 4Н
Выемочные машины ВМФ состоят из следующих основных узлов стреловидного рабочего органа, опорноповоротного устройства, насосной станции, магнитной станции, пульта управления и механизма
перемещения погрузочного лемеха.
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Стадии и этапы разработки ОРКАПУ
Головной исполнитель- Инновационный парк ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, соисполнительКарГТУ.
I- Этап: 1. Разработка ТЗ ОРКАПУ;
2. Техническое предложение;
3. Эскизный проект;
4.Рабочая документация;
5. ТЭО на ОРКАПУ.
II- этап: 1. Изготовление опытного образца ОРКАПУ- Завод РГШОДУ;
2. Проверить на испытание и доработка;
3. Приемочное испытание опытного образца ОРКАПУ;
4. Разработка бизнес- плана добычного участка с 1500 т/сутки.
Предварительная стоимость и сроки выполнения проекта:
I- Этап:
Стоимость 30 миллионов тенге сроком на 2013 год.
II-Этап:
Стоимость 170 миллионов тенге сроком на 2014 год.
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Количество полученных инновационных патентов:
1 Инновационный патент № 23535 «Устройство горного выемочного
манипулятора» (авторы: Ермеков Т.Е., Шоланов К.С., Арпабеков М.И.) .
Заявка № 2009/1446.1 от 08.12.2009. Опубл. 15.12.2010. бюллетень № 12.
2 Инновационный патент № 23537 «Устройство для управления горного
выемочного манипулятора» (авторы: Ермеков Т.Е., Шоланов К.С.,
Арпабеков М.И.). Заявка № 2009/1447.1 от 08.06.2009. Опубл. 15.12.2010.
бюллетень № 12.
3 Инновационный патент № 24398 «Устройство для уплотнения породы
при селективной выемке полезного ископаемого». (Ермеков Т.Е.,
Шоланов К.С., Арпабеков М.И.), Заявка № 2010 /0306.1 Опубл. 15.12.2011.
бюллетень № 8.
4 Инновационный патент № 24908 «Противоотжимное устройство
механизированной крепи». (Ермеков Т.Е., Шоланов К.С., Арпабеков М.И.)
Заявка № 2010 /0309.1 Опубл. 15.11.2011. бюллетень № 11.
5 Инновационный патент № 26096 «Комплекс роботизированный
селективный». (Ермеков Т.Е., Шоланов К.С., Арпабеков М.И.) Заявка №
2010 /0307.1 . От 17.03.2010. Опубл. 14.09.2012. бюллетень № 9.
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля
Евразийский национальный университет им.Л.Н.Гумилева
Инновационный парк
Разработчики и испольнители проекта:
Д.т.н., профессор Ермеков Т.Е.,
лауреат Госпремии Минвуза СССР
Д.т.н., профессор, Шарипбаев А.А.,
лауреат Госпремии РК
Д.т.н., профессор Исабек Т.К.
Д.т.н., профессор Атанов С.К.
Д.т.н., профессор Ким В.Н.
Д.т.н., профессор Уразбаев Ж.З.
АО «Арселор Миттал Темиртау» Департамент угля