Justification of rational parameters for thin seam extraction based on the study of energy characteristics of the coal cutting process by the executive body

Authors

  • А.О. Хорольський Відділення фізики гірничих процесів Інституту геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова Національної академії наук України, Дніпро, Україна Author
  • Ю.О. Заболотна Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна Author
  • В.М. Почепов Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна Author
  • В.Ю. Медяник Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна Author
  • В.В. Лапко Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна Author
  • О.Р. Мамайкін Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна Author

DOI:

https://doi.org/10.33271/crpnmu/77.046

Keywords:

parameter, energy characteristics, benchmark characteristics, overall efficiency, longwall shearer, range

Abstract

Purpose. To develop a new approach for justifying rational parameters for mechanized thin seam extraction. Methodology. The approach was developed using a method of assessing the energy characteristics of the coal extraction process through mechanized means, specifically using longwall shearers. To determine the rational parameters, the primary energy characteristics were calculated, including: energy consumption for extracting 1 cubic meter of coal; benchmark consumption for extracting 1 cubic meter of coal; and overall extraction efficiency (the ratio of energy consumption to benchmark consumption). Findings. A new approach was proposed for rationalizing the parameters of coal extraction using longwall shearers. This involved applying the methodology for studying the energy characteristics of the extraction process. Based on the comparison of benchmark consumption and the consumption for extracting 1 cubic meter of coal, a rational application area for the most popular longwall shearers was identified. The study of the efficiency of the coal extraction process revealed that it is impractical to use drum shearers (KA80, KA200) in low thickness seams due to high energy consumption and limited adjustability of the executive body’s position in the longwall. It was also found impractical to use shearers designed for medium and high thickness seams (RKU10, RKU13) for low thickness seams due to low energy efficiency. Originality. A methodology was developed for evaluating the energy characteristics of longwall shearers depending on the type of executive body. Practical implications. The rational application area for longwall shearers on gently sloping seams was determined, as well as the overall efficiency of the coal extraction process using screw and drum executive bodies. It was established that modern extraction machines UKD400 and CLS-450 have relatively acceptable energy characteristics (with a generalized desirability criterion of 0.51–0.75, corresponding to satisfactory and good levels), but only within the specified passport characteristics range.

References

1. Khorolskyi, A., Mamaikin, O., Medianyk, V., Lapko, V., & Sushkova, V. (2021). Development and implementation of technical and economic model of the potential of operation schedules of coal mines. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 16 (18), 1890–1899.

2. Хорольський, А.О. (2021). Наукові основи обґрунтування меж області раціонального проєктування при відпрацюванні родовищ корисних копалин. Фізико-технічні проблеми гірничого виробництва, 23 , 149–173. https://doi.org/10.37101/ftpgp23.01.011

3. BazalukO, PetlovanyiM, ZubkoS, LozynskyiV. & SaiK. (2021). Instability Assessment of Hanging Wall Rocks during Underground Mining of Iron Ores. Minerals , 11 (8):858. https://doi.org/10.3390/min11080858

4. Bondarenko, V. I., Kovalevska, I. A., Podkopaiev, S. V., Sheka, I. V., & Tsivka, Y. S. (2022, June). Substantiating arched support made of composite materials (carbon fiber-reinforced plastic) for mine workings in coal mines. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 1049, No. 1, p. 012026). IOP Publishing. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1049/1/012026

5. Хорольський, А.О. (2022). Результати досліджень із розробки системи підтримки прийняття рішень для проєктування процесів освоєння родовищ корисних копалин. Вісті Донецького гірничого інституту, 2 (51), 122–135.

6. Fomychov, V., Fomychova, L., Khorolskyi, A., Mamaikin, O., & Pochepov, V. (2020). Determining optimal border parameters to design a reused mine working. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 15 (24), 3039–3049.

7. Шека, І. В., & Цівка, Є. С. (2021). Обґрунтування вуглепластику як інноваційного матеріалу для кріплення гірничих виробок вугільних шахт. Збірник Наукових Праць НГУ, 64 , 112–121. https://doi.org/10.33271/crpnmu/64.112

8. Bazaluk, O., Ashcheulova, O., Mamaikin, O., Khorolskyi, A., Lozynskyi, V., & Saik, P. (2022). Innovative Activities in the Sphere of Mining Process Management. Frontiers in Environmental Science , 304. https://doi.org/10.3389/fenvs.2022.878977

9. Pavlychenko, A., Adamchuk, A., Shustov, O., & Anisimov, O. (2020). Justification of dump parameters in conditions of high water saturation of soils. Technology Audit and Production Reserves , 6 (3(56)), 22–26. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2020.218139

10. Adamchuk, A., Shustov, O., Panchenko, V., & Slyvenko, M. (2019). Substantiation of the method of determination the open-cast mine final contours taking into account the transport parameters. Collection of Research Papers of the National Mining University , 59 , 21–32. https://doi.org/10.33271/crpnmu/59.021

11. Liang, W., Zhao, G., Wu, H., & Chen, Y. (2019). Assessing the risk degree of goafs by employing hybrid TODIM method under uncertainty. Bulletin of Engineering Geology and the Environment , 78 , 3767–3782. https://doi.org/10.1007/s10064-018-1340-4

12. Pak, M. C., Han, U. C., & Kim, D. I. (2022). Suitable Mining Method Selection using HFGDM-TOPSIS Method: a Case Study of an Apatite Mine. Journal of Mining and Environment , 13 (2), 357–374. https://doi.org/10.22044/jme.2022.11713.2163

13. Li, S., Huang, Q., Hu, B., Pan, J., Chen, J., Yang, J., ... & Yu, H. (2023). Mining method optimization of difficult-to-mine complicated orebody using Pythagorean fuzzy sets and TOPSIS method. Sustainability , 15 (4), 3692. https://doi.org/10.3390/su15043692

14. Хорольський, А.О., & Косенко, А.В. (2022). Розробка та реалізація моделі для обґрунтування оптимальних технологічних схем відпрацювання викидонебезпечних вугільних пластів. Науковий вісник ДонНТУ , 1 (8)– 2 (9), 193–205.

15. Hrinov, V., & Khorolskyi, A. (2018). Improving the process of coal extraction based on the parameter optimization of mining equipment. In E3S Web of Conferences (Vol. 60, p. 00017). EDP Sciences. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20186000017

Published

2020-01-01

Issue

Section

Статті