MIAG 4 (536) 2018

Ildiko Kertesz Brinas, Narcis Ionel Rebedea, Ilie Lucian Oltean

Bucket wheel excavator cutting tooth stress and deformation analysis during operation using Finite Elements Method (FEM)

In the case of bucket wheel excavators, the cutting process is influenced by the forces opposing the working elements and cutting tools. These forces determine the choice of machines and their parameters as well as the operating method [1, 2]. Studies conducted on the failure causes of mechanical parts show that the cutting and loading systems cause the highest rate of failure – about 32% of all recorded mechanical failures [3]. In this paper, we will use the Finite Element Method (FEM) to analyze the deformations and stresses acting on the cutting teeth mounted on the rotor of BWEs. For this, SolidWorks® software was used, both as a CAD tool to design the teeth as well as to model and simulate the phenomena.

Analiza naprężeń i odkształceń zębów tnących koparki wielonaczyniowej w trakcie pracy z wykorzystaniem metody elementów skończonych (MES)

W przypadku koparek wielonaczyniowych na proces urabiania mają wpływ siły przeciwstawne elementów roboczych i narzędzi urabiających. Siły te determinują wybór maszyn i ich parametrów oraz metody działania [1, 2]. Badania nad przyczynami awarii części mechanicznych pokazują, że systemy urabiania i ładowania powodują najwięcej awarii, około 32% wszystkich odnotowanych awarii mechanicznych [3]. W niniejszej pracy będziemy używać metody elementów skończonych (MES) do analizy odkształceń i naprężeń działających na ząb tnący, zamocowany na kole czerpakowym koparek wielonaczyniowych. W tym celu wykorzystano oprogramowanie SolidWorks® – zarówno jako narzędzie CAD do projektowania zęba, jak i do modelowania oraz symulacji zjawisk.

Download article / Pobierz artykuł

Tomasz Rokita

Breakdown of hoisting machine in mining shaft hoist installed in southern section of R-II shaft of KGHM Polska Miedź S.A. O/ZG Rudna

This article applies to a one-of-its-kind case of the cracking of the main shaft of a hoisting machine that occurred in the southern section of the R-II shaft of KGHM Polska Miedź S.A. Oddział ZG “Rudna” in 2011. The mining shaft hoists installed in the R-II shaft are not only the basic extraction equipment in the Rudna mine but also throughout KGHM. The unscheduled standstill cases of these hoists generate huge losses for the mine. These reasons resulted in the necessity for the ad hoc repair of the damaged shaft and operational use of the hoist until a new shaft is completed and delivered.

The article describes the works related to the preparation and execution of the repair of the shaft as well as the tests that were performed. The last stage was the preparation of the operational conditions of the shaft of the machine with the repaired shaft with limited kinematic parameters and under strict supervision until the execution of the new shaft.

Awaria maszyny wyciągowej górniczego wyciągu szybowego zainstalowanego w przedziale południowym szybu R-II KGHM Polska Miedź S.A. O/ZG Rudna

Niniejszy artykuł dotyczy bezprecedensowego przypadku częściowego pęknięcia wału głównego maszyny wyciągowej, jaki miał miejsce w przedziale południowym szybu R-II KGHM Polska Miedź S.A. Oddział ZG „Rudna” w 2011 r. Górnicze wyciągi szybowe zainstalowane w szybie R-II są podstawowymi urządzeniami wydobywczymi nie tylko w kopalni Rudna, ale i w całym KGHM. Nieplanowane postoje tych wyciągów generują milionowe straty dla kopalni. Powody te zdecydowały o konieczności doraźnej naprawy uszkodzonego wału i eksploatacji wyciągu do czasu wykonania i dostarczenia nowego wału.

W artykule opisano prace związane z przygotowaniem i wykonaniem naprawy wału oraz badania przeprowadzone po naprawie. Ostatnim etapem prac było opracowanie warunków eksploatacji wału maszyny z naprawionym wałem z ograniczonymi parametrami kinematycznymi i pod ścisłym nadzorem obsługi do czasu wykonania nowego wału.

Download article / Pobierz artykuł

Jan Gil, Michał Kołodziej, Dawid Szurgacz, Kazimierz Stoiński

Introduction of standardization of powered roof supports to increase production efficiency of Polska Grupa Górnicza S.A.

The introduction of the standardization of a powered roof support is a key point in increasing production efficiency in the mines of Polska Grupa Górnicza S.A. The introduced changes will increase the safety of the miners and affect the economic result associated with the exploitation of coal. The purpose of introducing this standardization is to systematize the construction solutions of roof supports in terms of power and control hydraulics, focusing on all technical conditions that powered roof supports operating in underground mining facilities must meet (including mining tremors). This article presents the method of standardizing the powered roof supports that are produced, modernized, and renovated by Zakład Remontowo-Produkcyjny within Polska Grupa Górnicza S.A.

Wprowadzenie standaryzacji zmechanizowanych obudów ścianowych w celu zwiększenia efektywności produkcyjnej w Polskiej Grupie Górniczej S.A.

Wprowadzenie standaryzacji zmechanizowanych obudów ścianowych jest kluczowym punktem zwiększenia efektywności produkcyjnej w kopalniach Polskiej Grupy Górniczej S.A. Wprowadzone zmiany zwiększą bezpieczeństwo pracy górników, a także wpłyną na wyniki ekonomiczne związane z prowadzoną eksploatacją węgla. Głównym celem standaryzacji jest usystematyzowanie rozwiązań konstrukcyjnych obudów w zakresie hydrauliki siłowej i sterowniczej, przy uwzględnieniu wszystkich warunków technicznych, jakie muszą spełniać obudowy zmechanizowane pracujące w podziemnych zakładach górniczych zagrożonych wstrząsami górotworu. W artykule przedstawiono sposób standaryzacji zmechanizowanych obudów ścianowych, remontowanych, modernizowanych oraz produkowanych przez Zakład Remontowo-Produkcyjny w ramach Polskiej Grupy Górniczej S.A.

Download article / Pobierz artykuł

Marek Płonka, Sylwester Rajwa

Difficulties observed in operating powered roof support during work in lower range of its working height

Significant maintenance difficulties have recently been observed in terms of the proper maintenance of mining roofs during the operation of powered roof supports in their low section height range, which is characterized by a wide working range. These difficulties were also encountered in situations where the calculated load capacity index of the roof “g” reached favorable values. These phenomena occurred most often during extraction under gobs and when maintaining a protective roof carbon shelf of the required thickness. This paper presents the calculations and analyses aimed at clarifying and discussing these events.

Utrudnienia w prowadzeniu sekcji obudowy zmechanizowanej obserwowane podczas pracy w dolnym zakresie jej wysokości roboczej

W przypadku stosowania obudowy zmechanizowanej, która charakteryzuje się szerokim zakresem wysokości roboczych, w ostatnim czasie kilkakrotnie obserwowano istotne utrudnienia utrzymania stropu ścian podczas eksploatacji w przedziale niskich wysokości pracy sekcji. Utrudnienia te napotykano także w sytuacjach, gdy wyliczony wskaźnik nośności stropu g osiągał korzystne wartości. Zjawiska te występowały najczęściej podczas eksploatacji pod zrobami zawałowymi i przy utrzymywaniu ochronnej stropowej półki węglowej o wymaganej grubości. W artykule przedstawiono obliczenia i analizy zmierzające do wyjaśnienia i omówienia tych sytuacji.

Download article / Pobierz artykuł

Tomasz Wydro

Tests of loading efficiency of worm-type cutting drums in longitudinally inclined longwall working

This article presents the execution and results of tests of the loading efficiency of worm-type cutting drums as a function of the slope of a longwall working. The tests were carried out at various angles of longitudinal inclination of a longwall within a range of 0° to 9° along the strike. In real conditions, the separation of the two basic processes that take place during operation of a longwall shearer (i.e., milling and loading) is not possible; therefore, the research was carried out under laboratory conditions at the Department of Mining, Dressing, and Transport Machines at AGH University of Science and Technology in Krakow. The tests were carried out on a special station that allowed for the gradual change of the longitudinal and transverse slope of a longwall working. Based on the conducted tests, it was found that the inclination of a longwall working influences the loading efficiency; i.e., that, along with an increase in the angle of the longitudinal inclination, loading resistance increases while the loading efficiency decreases.

Badania sprawności ładowania frezującym organem ślimakowym przy nachyleniu podłużnym wyrobiska ścianowego

W artykule przedstawiono realizacje oraz wyniki badań sprawności ładowania frezującymi organami ślimakowymi w funkcji nachylenia wyrobiska ścianowego. Badania zostały przeprowadzone przy różnych kątach nachylenia podłużnego wyrobiska ścianowego w zakresie od 0° do 9° po wzniosie. W warunkach rzeczywistych rozdzielenie dwóch podstawowych procesów, jakie zachodzą podczas pracy kombajnu ścianowego, czyli frezowania i ładowania nie jest możliwe, w związku z tym badania zostały przeprowadzone w warunkach laboratoryjnych w Katedrze Maszyn Górniczych, Przeróbczych i Transportowych Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Badania wykonano na specjalnym stanowisku pozwalającym na skokową zmianę nachylenia podłużnego i poprzecznego wyrobiska ścianowego. Na podstawie ich wyników stwierdzono, że nachylenie wyrobiska ścianowego wpływa na sprawność ładowania, co oznacza, że wraz ze wzrostem kąta nachylenia podłużnego opory ładowania rosną, a sprawność ładowania maleje.

Download article / Pobierz artykuł

Leszek Ziętkowski, Janusz Młynarczyk, Wojciech Sobolewski

Optimization test of operation of URB/ZS-3 automatic machine for breaking oversized lumps under conditions of Polkowice-Sieroszowice mine

This article presents the experience from the first stage of the optimization tests of an automatic machine for breaking oversized lumps. The tests took place between December 2017 and March 2018 at the O/ZG Polkowice-Sieroszowice mine. The URB/ZS-3 automatic machine was developed as part of the second competition of a joint venture financed by NCBR and KGHM Polska Miedź S.A. under the name of CuBR. The adopted methodology of carrying out the operational tests of the URB/ZS-3 machine was discussed, which had to take into account the specific requirements and operating conditions of the mining department in the Polkowice-Sieroszowice mine. The reference point for evaluating the effectiveness of the new solution was the cleaning times of the grate by a machine working in remote mode. The results of clearing the grate of excavated materials by a machine working in automatic mode were presented for various algorithms and scenarios included in the control software. The influence of the degree of ore fragmentation (including the number of oversized lumps) on the time of the grate cleaning was taken into account. The influence of the changes introduced in this software on the obtained grate discharge times was initially evaluated. The article also presents the impact of loading the grate with the use of loaders and haul trucks on the effectiveness of the automatic machine for breaking oversized lumps. Also, the driver elements of the machine were assessed in terms of their reliability, and the directions for possible structural changes were proposed. In conclusion, the directions for further activities aimed at optimizing the machine and increasing its efficiency and reliability were proposed.

Testy optymalizacyjne pracy automatycznego urządzenia do rozbijania brył nadgabarytowych URB/ZS-3 w kopalni Polkowice-Sieroszowice

W artykule przedstawiono doświadczenia z pierwszego etapu testów optymalizacyjnych pracy automatycznego urządzenia do rozbijania brył nadgabarytowych. Testy przeprowadzono w okresie od grudnia 2017 r. do marca 2018 r. w Zakładach Górniczych Polkowice-Sieroszowice – oddział KGHM Polska Miedź. Automatyczne urządzenie URB/ZS-3 powstało w ramach drugiego konkursu wspólnego przedsięwzięcia finansowanego przez NCBR i KGHM Polska Miedź S.A. pod nazwą CuBR. Omówiono przyjęte metody prowadzenia prób ruchowych urządzenia URB/ZS-3, które musiały uwzględniać specyficzne wymagania i warunki pracy oddziału górniczego w kopalni Polkowice-Sieroszowice. Punktem odniesienia dla oceny skuteczności nowego rozwiązania były czasy oczyszczania kraty przez urządzenie pracujące w trybie zdalnym. Zaprezentowano wyniki oczyszczania kraty z urobku przez urządzenie pracujące w trybie automatycznym dla różnych algorytmów i scenariuszy uwzględnionych w oprogramowaniu sterującym. Wzięto pod uwagę wpływ stopnia rozdrobnienia rudy, w tym liczby brył nadgabarytowych, na czas oczyszczania kraty. Poddano wstępnej ocenie wpływ zmian wprowadzanych w tym oprogramowaniu na uzyskiwane czasy opróżniania kraty. W artykule przedstawiono również wpływ załadunku kraty z wykorzystaniem ładowarek oraz wozów odstawczych na efektywność pracy automatycznego urządzenia do rozbijania brył nadgabarytowych. Oceniono także elementy wykonawcze urządzenia pod kątem ich niezawodności oraz zaproponowano kierunki ewentualnych zmian konstrukcyjnych. W podsumowaniu zaproponowano kierunki dalszych działań zmierzających do optymalizacji urządzenia oraz podniesienia jego efektywności i niezawodności.

Download article / Pobierz artykuł

MIAG 3 (535) 2018

Florin Dumitru Popescu, Sorin Mihai Radu, Andrei Andraş

Study of functional performance improvements for cutting teeth mounted on bucket wheel excavators operating in Oltenia coal basin – Romania

The values of the resultant forces acting on the cutting teeth of BWEs can either be calculated or determined using experimental methods. Based on this, the position and parameters of the working organs during the cutting process are designed and built. The stresses and deformations of the teeth during the cutting process are influenced by their positioning on the excavator bucket, which is determined by the fitting mode of the teeth. In this paper, the stresses and deformations in the case of an existing tooth holder are analysed and a new type of tooth holder is proposed, using SolidWorks® software for this analysis.

Ulepszenia w zakresie wydajności funkcjonalnej zębów tnących zamocowanych na koparkach wielonaczyniowych w zagłębiu węgla Oltenia w Rumunii

Wartości sił wypadkowych, które działają na zęby tnące koparek wielonaczyniowych, mogą być albo wyliczone, albo określone przy użyciu eksperymentalnych metod. Na tej podstawie projektuje się położenie i parametry organów roboczych w trakcie procesu urabiania. Naprężenia i odkształcenia zębów w trakcie procesu urabiania zależą od ich położenia na czerpaku koparki, które jest określone przez metodę dopasowania zębów. W niniejszym opracowaniu została przedstawiona analiza naprężeń i odkształceń w przypadku obecnie używanego uchwytu zębów, a następnie został zaproponowany nowy typ uchwytów oraz wykonano to samo opracowanie na nowym typie uchwytu, przy użyciu przeznaczonego do tej analizy oprogramowania SolidWorks®.

Download article / Pobierz artykuł

Kamil Mucha, Krzysztof Krauze

Planning experiment for laboratory tests on rock abrasivity

The physical and mechanical properties of rocks (i.e., compressive strength, tensile strength, workability, or compactness) are often taken into account during the selection of a mining method and type of mining machine as well as the mining tools themselves. However, one of the main reasons for the abrasive wear of mining picks is the abrasiveness of rocks, which is seldom taken into consideration because there is lack of unambiguous and proven methods for its determination. The article presents the research plan and methodology, the stand for testing the abrasivity of rocks, the course of conducting preliminary tests as well as the statistical treatment of the results using the Statistica program, and determining the final values of the input variables in the basic research. The method has been developed taking into account rock abrasivity when selecting and forecasting the wear of mining tools.

Planowanie eksperymentu dla laboratoryjnych badań ścierności skał  

Właściwości fizykomechaniczne urabianej skały, takie jak wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość na rozciąganie, urabialność czy zwięzłość, bardzo często są uwzględniane przy doborze sposobu urabiania, rodzaju maszyny urabiającej, jak i samych narzędzi urabiających. Jednakże bardzo rzadko uwzględnia się jedną z głównych przyczyn zużycia ściernego noży kombajnowych, jaką jest ścierność skał, gdyż brak jest jednoznacznej i sprawdzonej metody jej określania. W artykule przedstawiono plan i metodykę badań, stanowisko do badania ścierności skał, przebieg przeprowadzenia badań wstępnych oraz statystyczne opracowanie wyników za pomocą programu Statistica i ustalenie ostatecznych wartości wielkości wejściowych w badaniach zasadniczych. Metoda została opracowana w aspekcie uwzględniania ścierności skał przy doborze i prognozowaniu zużycia narzędzi urabiających.

Download article / Pobierz artykuł

 Witold Biały, Patrycja Hąbek

Quality engineering tools in analysis of failure of longwall mining complex

Downtimes caused by machine failures translate into a loss of effectiveness in the mining process. The main task of maintenance teams in hard coal mines is to ensure the uninterrupted work of the machines used. A measurable effect of these activities should be reducing machine maintenance and, as a consequence, reducing the costs of coal mining; i.e., a mine’s operating costs. In the present article, two longwall mining machines have been analyzed: a cutter-loader and a plow. The analysis was based on one of the quality engineering tools – the Pareto–Lorenz diagram. This tool allows for grouping the causes of breakdowns and establishing which of them are the most important and should be removed first. The analysis has demonstrated the significance of machine selection and its adjustment to the existing geological-mining conditions. Improper selection results in increased energy consumption in the mining process, premature wear, or prolonged downtimes caused by breakdowns.

Narzędzia inżynierii jakości w analizie awaryjności ścianowych kompleksów wydobywczych

Przerwy spowodowane awaryjnością maszyn wpływają na efektywność procesu wydobywczego. Głównym zadaniem służb utrzymania ruchu w kopalniach węgla kamiennego jest zapewnienie ciągłości pracy eksploatowanych maszyn (urządzeń). Wymiernym efektem tych działań powinno być ograniczenie kosztów utrzymania ruchu maszyn (urządzeń), a tym samym obniżenie kosztów produkcji wydobycia węgla, czyli działania kopalni. W niniejszym artykule przeanalizowano dwa kompleksy ścianowe: kombajnowy oraz strugowy. Do analizy wykorzystano jedno z narzędzi inżynierii jakości – diagram Pareto–Lorenza. Narzędzie to pozwala pogrupować przyczyny awarii oraz wskazać, które z nich są najistotniejsze i które powinny być w pierwszej kolejności usuwane. Przeprowadzona analiza wskazała, jak istotny jest właściwy dobór maszyn (urządzeń) do istniejących warunków geologiczno-górniczych. Niewłaściwy dobór skutkuje wzrostem energochłonności procesu wydobywczego, przedwczesnym zużyciem czy zwiększonymi przerwami w pracy, które są spowodowane awariami.

Download article / Pobierz artykuł

Łukasz Bołoz

Mining of thin coal seams using surface-underground methods

Shallow hard coal deposits in the form of seams can be mined using surface-underground methods. These methods are characterized by the exploitation of the deposit from the surface, while the mining process itself takes place underground. The large variability of the mining and geological conditions was the reason for the emergence of many mining methods and systems as well as machines, sometimes used only locally in various parts of the world. The article presents the surface-underground methods used around the world. Attention is paid to unusual and rarely used methods and machines, which are not utilized in Polandfor various reasons. The present article discusses mining machines used in the methods of Highwall, Auger, and Punch longwall mining along with their types and varieties.

Urabianie cienkich pokładów węgla kamiennego metodami powierzchniowo-podziemnymi

Złoża węgla kamiennego zalegające płytko w postaci pokładów można eksploatować metodami powierzchniowo-podziemnymi. Są to metody charakteryzujące się eksploatacją złoża z powierzchni, jednak sam proces urabiania odbywa się pod ziemią. Duże zróżnicowanie warunków górniczo-geologicznych było przyczyną powstania wielu metod i systemów eksploatacji oraz maszyn, stosowanych czasami jedynie lokalnie w różnych zakątkach świata. W artykule przedstawiono stosowane na świecie metody powierzchniowo-podziemne. Zwrócono uwagę na nietypowe i rzadko stosowane metody oraz maszyny, które z różnych względów nie występują w Polsce. Omówiono maszyny urabiające, pracujące w metodach highwall mining, auger mining, a także punch longwall mining wraz ich odmianami i typami.

Download article / Pobierz artykuł

Vladimir Milisavljević, Alberto Martinetti, Aleksandar Cvjetić

Approach to solving mining machine selection problem by using grey theory

The selection of a mining machine is a multiple-attribute problem that involves the consideration of numerous parameters of various origins. A common task in the mining industry is to select the best machine among several alternatives, which are frequently described both with numerical variables as well as linguistic variables. Numerical variables are mostly related to the technical characteristics of the machines, which are available in detail in most cases. On the other hand, some equally important parameters such as price, reliability, support for service and spare parts, operating cost, etc., are not available at the required level for various reasons; hence, these can be considered uncertain information. For this reason, such information is described with linguistic variables. This paper presents research related to overcoming this problem by using grey theory for selecting a proper mining machine. Grey theory is a well-known method used for multiple-attribute selection problems that involves a system in which parts of the necessary information are known and parts are unknown.

Metoda rozwiązywania problemów związanych z doborem maszyn górniczych na podstawie teorii szarych systemów

Wybór maszyn górniczych to złożony problem, wymagający rozważenia wielu różnych parametrów. Jednym z najważniejszych zadań w przemyśle górniczym jest wybór najlepszych spośród kilkunastu dostępnych maszyn, które często opisywane są zarówno za pomocą zmiennych numerycznych, jak i zmiennych lingwistycznych. Zmienne numeryczne zwykle są związane z charakterystyką techniczną maszyn, która w większości przypadków jest dostępna w szczegółach. Z drugiej strony niektóre równie ważne parametry, takie jak cena, niezawodność, serwis i części zamienne, koszty operacyjne itd., z wielu przyczyn nie są dostępne na wymaganym poziomie, stąd należy je uważać za informacje niepewne. Dlatego też informacje te opisywane są za pomocą zmiennych lingwistycznych. Niniejszy artykuł przedstawia badania mające na celu przezwyciężenie tego problemu z wykorzystaniem teorii szarych systemów do wyboru odpowiednich maszyn górniczych. Teoria szarych systemów to dobrze znana metoda stosowana w przypadku problemów wyboru wielokryteriowego, gdzie część informacji jest znana, a część pozostaje nieznana.

Download article / Pobierz artykuł

Krzysztof Filipowicz, Mariusz Kuczaj, Paweł Gruszka

Experimental mechanical security assessment used in torsionally flexible Raptor-SK couplings

Dodge®Raptor series couplings belong to inseparable, mechanical, and torsionally flexible couplings with the possibility of compensating for the misalignment of axes. In the couplings with the Raptor-SK design, shear pins were additionally applied to protect the drive system from overload. The use of „fuses” in the coupling in the form of shear pins limits the value of the transferred torque to a set (safe) value; beyond which, it is cut off and the drive is consequently disconnected. In this work (with reference to the Raptor-SK coupling), calculations were made to select the diameter of the shear pins depending on the value of the limit torque Mgr. In order to assess the correctness of the selection of pins used in the coupling mechanism, experimental tests were carried out using a testing machine. A comparison was made between the design calculations of the shear pins and the results of research on a test bench.

Doświadczalna ocena zabezpieczeń mechanicznych stosowanych w podatnych skrętnie sprzęgłach Raptor-SK

Sprzęgła serii Dodge®Raptor należą do sprzęgieł nierozłącznych, mechanicznych, podatnych skrętnie o możliwości kompensacji odchyłek współosiowości. W sprzęgłach o oznaczeniu Raptor-SK zastosowano dodatkowo kołki ścinane, zabezpieczające układ napędowy przed przeciążeniem. Zastosowanie „bezpieczników” w sprzęgle w postaci kołków ścinanych ogranicza wartość przenoszonego momentu obrotowego do wartości ustalonej (bezpiecznej), po której przekroczeniu następuje ich ścięcie, a w konsekwencji rozłączenie napędu. W odniesieniu do sprzęgła Raptor-SK przeprowadzono obliczenia mające na celu dobór średnicy kołków ścinanych w zależności od wartości momentu granicznego Mgr. W celu oceny poprawności doboru kołków użytych w mechanizmie sprzęgła przeprowadzono badania doświadczalne z użyciem maszyny wytrzymałościowej. Dokonano porównania wykonanych obliczeń konstruktorskich kołków ścinanych z wynikami badań na stanowisku badawczym.

Download article / Pobierz artykuł