ÖSSZEHASONLÍTÓ TANULMÁNY A DÉLROMÁNIAI LIGNIT ÉS A LIGNITTELEPEKET FEDŐ MEDDŐKŐZETEK FORGÁCSOLÁSI JELLEMZŐIRŐL

Átírás

1 A Miskolci Egyetem Közleménye A sorozat, Bányászat, 70. kötet, (2006) p ÖSSZEHASONLÍTÓ TANULMÁNY A DÉLROMÁNIAI LIGNIT ÉS A LIGNITTELEPEKET FEDŐ MEDDŐKŐZETEK FORGÁCSOLÁSI JELLEMZŐIRŐL Dr.Kovács József egyetemi tanár Dr. András József egyetemi tanár Dr. Nan Marin-Silviu egyetemi tanár Dr. Magyari Andor egyetemi tanár Petrozsényi Egyetem - Románia Abstract: The paper deals with the comparative study of the main drag cutting parameters of the lignite and surrounding rocks performed on the basis of measurements made on samples using a genuine testing rig. The main parameters regarding the drag cutting, as forces and specific energy consumption were obtained using statistical data analysis and were compared in order to find out information to be used in new tooth, bucket and bucket wheel design optimization. 31

2 Kovács J. - András J. - N. M. Silviu - Magyari A. A fejlett bányászattal rendelkező országokban igen jelentős a külfejtések szerepe. Az energiahordozók termelésénél a piaci verseny eredményeként a lignitet szinte csak külfejtéssel termelik, mert kitermelése csak így gazdaságos. A bányaművelési technológia fő elemei között, a megvalósítás sorrendje szerint a jövesztés áll az első helyen. Ez gépesített úton történik, leginkább marótárcsás kotrógépek segítségével. A jelenlegi dolgozat egy összehasonlító tanulmányt közöl a délromániai lignit és a lignittelepeket fedő meddőkőzetek forgácsolását jellemző adatok alapján, amelyeket kísérleti vizsgálatok útján határoztunk meg. Ezeket, a kísérleti vizsgálatokat a Petrozsényi Egyetem Bányagéptani laboratóriumában végeztük el egy saját elképzelésű laboratóriumi forgácsoló berendezés és mérőrendszer igénybevételével, amelybe egy korszerű számítógépet is beépítettünk. A méréseket az olténiai szénmedence külfejtéseiből gyűjtött lignit, illetve meddőkőzet nagymintáin végeztük el etalon bontófogak segítségével. A rögzített adatokat egy erre kiképzett szoftver igénybevételével matematikai adatfeldolgozásnak vetettük alá, melynek eredményeként megkaptuk a különböző paraméterek közötti összefüggéseket. Az összehasonlító tanulmány a lignit, illetve a meddő kőzetek (agyagféleségek, márgák, homokkő, stb.) közötti hasonlóságokat és különbségeket állapítja meg, ezeknek a forgácsolási jellemzői alapján, mint például a bontó fogra ható vágó-, rányomó- és oldalerők, a fajlagos vágóerők, a kitörési szög és a fajlagos energiafogyasztás. Az elvégzett összehasonlítás a vizsgált anyagok forgácsolhatóságára, azoknak a fajlagos vágóerő, illetve a fajlagos energiaigény szerinti rangsorolására ad lehetőséget. Az eredményeket a bontófogak és jövesztőszerkezetek, valamint a meritékek és marótárcsák optimális paramétereinek meghatározásához és ezek tervezéséhez használjuk, úgy a hazai, mint a külföldi gyártmányú tárcsás kotrógépek esetében, amelyek az olténiai külfejtések körülményei között működnek. A kőzetforgácsolási vizsgálatokat egy saját elképzelésű kísérleti berendezés és mérőrendszer segítségével végeztük el. Ennek segítségével mértük az etalon bontófogakra ható vágó-, rányomó- és oldalerőket. Ugyanakkor mértük a vágatok mértani paramétereit, amelyek alapján meghatároztuk a kitörési szöget, hisz ez is jelentős jellemzője a különböző kőzetek forgácsolásának. A mért, illetve rögzített adatokat matematikai eljárások segítségével feldolgoztuk és megállapítottuk a különböző paraméterek közötti konkrét összefüggéseket. Ezek alapján készítettük el az összehasonlító tanulmányt, amely a lignit, illetve különböző meddő kőzet (agyag, márga, homokkő, stb.) forgácsolási hasonlóságaira és különbségeire vonatkozik. 32

3 Összehasonlító tanulmány a délromániai lignit és a lignittelepeket fedő meddőkőzetek jellemzőiről forgácsolási Az adatokat az olténiai szénmedence 8 külfejtéséből begyűjtött 20 lignitmintán végzett 669 forgácsolási kísérlet, illetve 24 meddőkőzet mintán végzett 876 forgácsolási kísérlet alapján határoztuk meg. Matematikailag bizonyított, hogy az eredmények a valószínűség számításban használt hihetőségi intervallumhoz tartoznak. A kísérletek elvégzése 2 évet vett igénybe, az adatfeldolgozás és az összefüggések meghatározása 1 évig tartott. A kialakult adatbázisból vett példák segítségével szeretnénk szemléltetni az összehasonlítást, amely a vágóerőre, a fajlagos vágóerőre, a kitörési szögre és a fajlagos energiafogyasztásra vonatkozik. Az 1., 2., 3., 4. és az 5. ábrán az olténiai szénmedence keleti részén fekvő külszíni fejtésekben (Oltef, Berbesti) található márgák és a lignit említett jellemzőire vonatkozó grafikus, illetve analitikus összefüggések vannak feltüntetve. Az 1. ábrán megfigyelhető, hogy a vágóerő lineárisan változik a forgácsvastagság függvényében, valamint az, hogy a lignit jövesztése nagyobb vágóerőt igényel, mint a márgaféleségek. Maddőkőzet - lignit összehasonlítás * OKet-i lignit Berbesti-i márgák A Oltet-i márgák Oltet-i lignit Berbesti-i márgák ' Oltet-i márgák j. ábra: Az F m vágóerő átlagértéke heforgácsvastagságfiiggvényében A 2. ábrán látható grafikus ábrázolás azt bizonyítja, hogy a fajlagos vágóerő szinte állandó, főleg vastagabb forgácsok esetében, a forgácsvastagság függvényében. Lényegében, ha a fogásmélység meghaladja a 2 cm-t, akkor a lignit fajlagos vágóerő igénye nagyobb, mint a lignitet takaró márgarétegé. 33

4 Kovács J. - András J. - N. M. Silviu - Magyart A. T Ottet-i lignit Berbesti-i márgák * Oltet-i márgák Oltet-i lignit Berbesti-i márgák Oltet-i márgák 2. ábra: Az A fajlagos vágóerő hoforgácsvastagságfitggvényében Ha a 3. ábrán feltüntetett K^ fajlagos vágóerőt vesszük figyelembe, akkor arra a következtetésre jutunk, hogy a forgács keresztmetszetének függvényében ez is állandó, főleg ha S 0 >25 cm 2. A lignit-, illetve a meddőkőzetekre vonatkozó adatok alapján e fajlagos vágóerő értékei a lignit esetében valamivel kisebbek a meddőkőzetekénél. Meddőkőzet- lignit összehasonlítás Oltet-i lignit Berbesti-i márgák A Ottet-i márgák Oltet-i lignit Berbesti-i márgák Oltet-i márgák 3. ábra : K e fajlagos vágóerő Se vágat keresztmetszetenekßliikte függvényében Ami a \ / kitörési szöget illeti, ennek értékei sem változnak sokat a bontófog homlokszögének függvényében, amint ez a 4. ábrából kitűnik, de a lignitre, illetve a márgákra vonatkozó értékek között a különbség aránylag nagy. A lignit esetében egy 72 -os középértékkel számolhatunk, míg a márga esetében a középérték alig haladja meg a 35 -ot. 34

5 Összehasonlító tanulmány a délromániai lignit és a lignittelepeket fedő meddőkőzetek jellemzőiről forgácsolási Ha az összehasonlítást az 5. ábrán feltüntetett fajlagos energiafogyasztásra vonatkoztatjuk, akkor látható, hogy a lignit esetében az értékek a két a két márgaféleségre vonatkozó mennyiségek között foglalnak helyet, ha a homlokszög nagyobb mint 30. Mindez a kitörési szög befolyásának a következménye. Meddőkőzet- lignit összehasonlítás * Oltet-i lignit Berbesti-i márgák A Ottet-i márgák Ottet-i lignit Berbesti-i márgák Oftet-i márgák < ábra Az y/ kitörési szög a homlokszög fitgguényében * Ottet-i lignit Berbesti-i márgák A Ottet-i márgák Power Oltet-i lignit - Power Berbesti-i márgák Power Ottet-i márgák 5. ábra Az EJájhgos energiafogyasztás a homlokszögßiggvenyeben A 6., 7., 8., 9. és 10. ábrán a medence középső részén található külszíni fejtésekben ( Rosia, Rosiu^a, Lupoaia ) lévő agyagféleségek és a rosiai lignit megfelelő jellemzőire vonatkozó összefüggések vannak ábrázolva görbék formájában, ahol a megfelelő analitikus kifejezések is fel vannak tüntetve. 35

6 Kovács J. - András J. - N. M. Silviu - Magyari A. A 6. ábrán látható, hogy a lignit esetében a vágóerő nagyobb mint az említett külfejtésekből származó bármelyik tanulmányozott agyagféleségnél. Ugyanakkor az is kitűnik, hogy ez esetben is a vágóerő lineárisan változik a forgácsvastagság függvényében. A 7. ábrából az tűnik ki, hogy az A fajlagos vágóerő a forgácsvastagság kisebb értékeinél növekedik, míg a nagyobb értékek esetében állandósuló tendenciát mutat. A lignitre vonatkozó értékek itt is nagyobbak. Rosia-i lignit " Lupoaia-i agyag k Rosia-i agyag Rosiuta-i agyag Rosia-i lignit - Lupoaia-i agyag - Rosia-i agyag Rosiuta-i agyag 6 ábra AzF m vágóerő átlagértéke hoforgácsvastagságfuggvényében i Rosia-i lignit Lupoaia-i agyag * Rosia-i agyag Rosiuta-i agyag Rosia-i lignit Lupoaia-i agyag Rosia-i agyag --~- Rosiuta-i agyag 7. ábra Az A fajlagos vágóerő h$ forgácsvastagság fitggvényében 36

7 Összehasonlító tanulmány a délromániai lignit és a lignittelepeket fedő meddőkőzetek jellemzőiről forgácsolási Rosia-i lignit Lupoaia-i agyag A Rosia-i agyag - Rosiuta-i agyag Rosia-i lignit Lupoaia-i agyag Rosia-i agyag ~ Rosiuta-i agyag S0,cm2 8. ábra A K e fajlagos vágóerő So vágat keresztmetssstenekßlületefiiggvenyeben Meddókózet - lignit összehasonlítás Rosia-i lignit Lupoaia-i agyag Rosia-i agyag Rosiuta-i agyag Rosia-i lignit Lupoaia-i agyag -Rosia-i agyag - - Rosiuta-i agyag 9. ábra A f kűörésiszög a homlokszögfitggvéryében * Rosia-i lignit Lupoaia-i agyag * Rosia-i agyag Rosiuta-i agyag Rosia-i lignit Lupoaia-i agyag - Rosia-i agyag..«_,-, Rosiuta-i agyag 10 ábra Az Eifajlagos energiafogyasztás a fomlokszögfitggvényében 37

8 Kovács J. András J. N. M. Silviu Magyart A. A K e fajlagos vágóerő a forgács keresztmetszetének függvényében majdnem állandó és az értékek között kicsi a különbség, kivéve a Lupoaia külfejtésből származó szürke agyagot, amely esetében egy növekvő tendencia tapasztalható a keresztmetszet kisebb értékeinél, de már 25 cm 2 -en felül ez esetben is látható az állandósuló tendencia, amint ez a 8. ábrából kitűnik. A kitörési szög értékeinek változása és összehasonlítása a 9. ábrából következik, ahol észrevehető, hogy a lignit esetében az értékek jóval nagyobbak (70-80 ) mint az agyag esetében, ahol csak közötti értékek fordulnak elő. Ami a fajlagos energiafogyasztást illeti, ez csökkenő tendenciát mutat, a bontófog homlokszögének függvényében, amint a 10. ábrából kitűnik. Az értékek 0,6 és 0,2 kwh/m 3 között változnak. Ali., 12. és a 13. ábrán a vágóerő a fogásmélység függvényében, a fajlagos vágóerő a forgácskeresztmetszet függvényében, míg a fajlagos energiafogyasztás a bontófog homlokszögének függvényében van feltüntetve. Itt az összehasonlítás az olténiai medence nyugati részén fekvő Husnicioara külfejtésben található agyag, lignit és homokkőre vonatkozik. Mivel, minden paraméter esetében a különbségek igen nagyok a lignit és az agyag, illetve a homokkő jellemzői között, a grafikus ábrázolásnál logaritmikus léptéket használtunk, amint az említett ábrákból is kiderül. így például all. ábrán az abszcisszán felvett forgácsvastagság logaritmikus léptékkel van feltüntetve, mivel a homokkő esetében csak 5 mm mélységig lehetett elvégezni a forgácsolási vizsgálatokat. Itt észrevehető, hogy kisebb fogásmélységnél a vágóerők nagyobbak a homokkő esetében, mint a lignit vagy az agyag esetében, habár a fogásmélység nagyobb. Ez a különbség még jobban kivehető a 12. ábrán feltüntetett fajlagos vágóerőnek a forgács keresztmetszete függvényében való ábrázolásából, ahol úgy az abszcisszán mint az ordinátán logaritmikus léptéket alkalmaztunk. Észrevehető, hogy a homokkő esetében a fajlagos vágóerő 20-szor nagyobb az agyaghoz, illetve 10-szer nagyobb a lignithez hasonlítva. Ami a fajlagos energiafogyasztást illeti, ez a homokkőnél 50-szer nagyobb mint az agyag, illetve 25-ször mint a lignit esetében, amint ez a 13. ábrán látható grafikonból is kitűnik. Itt is látható, hogy az ordinátán szereplő fajlagos energiaigény logaritmikus léptékben van feltűntetve. 38

9 Összehasonlító tanulmány a délromániai lignit és a lignittelepeket fedő meddőkőzetek forgácsolási jellemzőiről Husnicioara-i lignit Husniciara-i agyag A Husniciara-i homokkő Husnicioara-i lignit Husniciara-i agyag Husniciara-i homokkő hn rm (logaritmikus lépték) 11 ábrafxm végóerő átlagértéke ho forgács vastagság függvényében (logaritmikus lépték) Husnicioara-i lignit a Husniciara-i agyag A Husniciara-í homokkő -Husnicioara-i lignit Husniciara-i agyag Husniciara-i homokkő 12 ábra K e fajla%ps vágóeró (logaritmikus lépték) S$ vágzt keresztmetszetének felülete üiffevénvében (loearümikm léoték) y = 8ö238x**,Ba * Husnicioara-i lignit a Husniciara-i agyag A Husniciara-i homokkő Husnicioara-i fignä Husniciara-i agyag Husnicíara-i homokkő 13 ábra Et fajlagos energiafogyasztás (logaritmikus lépték) a homlokszög függvényében 39

10 Kovács J. - András J. - N. M. Silviu Magyart A. Következtetésként megállapítható, hogy a délromániai Olténia medencében a márga- és az agyagféleségek forgácsolásánál, úgy a vágóerő mint a fajlagos vágóerő kisebb mint a lignit esetében, de esetenként a fajlagos energiaigény nagyobb, a kitörési szög aránylag kicsi értékei miatt. Lényeg az, hogy az agyag, a márga és a lignit könnyen forgácsolhatóak, míg a homokkő nem forgácsolható ipari szinten. Irodalom Kovács, I., Ilias, N., Nan, M.S., Régimül de lucru al combinelor miniere, Editura Universitas, Petrosani,