Economics of electric energy consumption by longwall scraper conveyor drives

The electricity consumption by the electric drives of a longwall scraper conveyor (SC) is analyzed per a full to-and-fro cycle of a shearer. The developed digital mathematical model to calculate the power consumed by an electric drive of SC takes into account the process steps of shearing of a coal stripe, penetration of drum picks in coal in oblique movements, and axes of movement of shearer and SC drawgear during coal cutting. The energy consumption model allows precise values of the power taken by a drive of SC at a discretization interval equal to 0.1 m of the shearer travel along a longwall. It is found that in the backward motion of the shearer, the power consumed by SC grows linearly with the idle power up to a maximum value; and in the forward motion of the shearer, the power at a distance of 12–34 m from a ventilation drift increases to a maximum and then linearly decreases to the idle power. The power consumed by a drive of SC during shearing of a coal stripe is higher by 6–8% in the forward motion of the shearer than in its backward motion. The power consumed by a drive of SC in penetration of drum picks in coal at a ventilation drift is high by 1.8 times than at a conveyor drift, and makes 100 and 60 kW·h, respectively. As the advance velocity and productivity of a shearer increase, the specific energy consumption of a drive of a scraper conveyor per an operation cycle of the shearer decreases.

Babokin G. I., Shprekher D. M., Kolesnikov E. B., Ovsyannikov D. S. Economics of electric energy consumption by longwall scraper conveyor drives. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2023;(10):149-163. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_10_0_149.

G.I. Babokin, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS», 119049, Moscow, Russia, e-mail: babokinginov@yandex.ru,
D.M. Shprekher¹, Dr. Sci. (Eng.), Assistant Professor, Professor, e-mail: shpreher-d@yandex.ru,
E.B. Kolesnikov, Cand. Sci. (Eng.), Assistant Professor, Novomoskovsk branch (Institute) of D.I. Mendeleev Moscow University of Chemical Technology, 301670, Novomoskovsk, Russia,  e-mail: kolesnikov55@mail.ru,
D.S. Ovsyannikov¹, Graduate Student, e-mail: ovsyannikov_d_s@mail.ru,

D.M. Shprekher, e-mail: shpreher-d@yandex.ru.

1. Казаченко Г. В., Кислов Н. В., Бамсам Г. И. Использование балансовых соотношений в расчетах горных машин // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2013. — № 9. — С. 229—240.

2. Воронин В. А., Непша Ф. С. Выбор оптимальной конфигурации конденсаторных установок для компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения выемочных участков // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12. — С. 94—108. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_12_0_94.

3. Кибрик И. С. К вопросу повышения эксплуатационной надежности привода забойных скребковых конвейеров // Уголь. — 2016. — № 8. — С. 96—97.

4. Федоров Г. С., Журавлев Е. И. Расчет оптимальных энергетических параметров работы очистного комплекса в различных горно-геологических условиях на основе имитационной модели очистного комбайна // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2016. — № 12. — С. 356—361.

5. Ning Wang, Zongguo Wen, Mingqi Liu, Jie Guo Constructing an energy efficiency benchmarking system for coal production // Applied Energy. 2016, vol. 169, pp. 301—308. DOI: 10.1016/j.apenergy.2016.02.030.

6. Ордин А. А., Метельков А. А. К вопросу об оптимизации длины к производительности комплексно-механизированного очистного забоя угольной шахты // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2013. — № 2. — С. 100—112.

7. Бабокин Г. И. Исследование влияния технологической схемы работы и длины лавы на удельный расход электрической энергии очистного комбайна // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 2. — С. 139—149. DOI: 10.25018/0236-14932021-2-0-139-149.

8. Gао Guoqiang Coal mining speed governing cooperative control based on load adaptive prediction // Mechanical Management and Development. 2018, vol. 5, pp. 32—33. DOI: l0.16525/ j.cnki.cnl4-1134/th.2018.05.58.

9. Li Jiling, Liu Hongyun Design of fully-mechanized scraper conveyor used on thin coal seam // Mining Engineering. 2019, vol. 47, no. 4, pp. 6—9. DOI: 10.16816/j.cnki.ksjx.2019.04.002.

10. Cui Nannan Combine speed control system based on the joint operation of fully mechanized mining equipment // Coal. 2017, vol. 26, no. 2, pp. 47—49.

11. Кубрин С. С., Решетняк С. Н., Бондаренко А. М. Анализ влияния технологических факторов на удельные параметры расхода оборудования выемочных участков угольных шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 2. — С. 161—170. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-2-0-161-170.

12. Дмитриева В. В. Корреляционный анализ и методы моделирования случайного грузопотока, поступающего на сборный конвейер // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2018. — № 10. — С. 145—155. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-10-0145-155.

13. Liu Xiaobing Research on coordinated speed regulation control strategy of shearer and scraper conveyor // Mechanical Management and Development. 2020, vol. 2, pp. 34—36. DOI: 10.16525/j.cnki.cnl4-1134/th.2020.02.074.

14. Бабокин Г. И., Шаллоева В. А. Исследование влияния технологической схемы работы очистного комбайна и длины лавы на удельный расход электроэнергии скребкового конвейера механизированного очистного забоя // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 4. — С. 167—176. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_4_0_167.

15. Бабокин Г. И. Исследование энергетических параметров системы очистной комбайн — скребковый конвейер // Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. — № 8. — С. 290—296. DOI: 10.24412/2071-6168-2021-8-290-296.

16. Dong Sheng Zhang, Xiao Hong Liu, Jian Guo Shi, Jun Mao, Zhong Li Scraper conveyor dynamic modeling and simulation // Advanced Materials Research. 2011, vol. 217—218, pp. 426—430. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.217-218.426.

17. Ткаченко А. А., Осичев А. В. Анализ динамических процессов в двухприводном скребковом конвейере СР72 в различных технологических режимах // Электротехнические и компьютерные системы. — 2011. — № 3(79). — С. 182—184.

18. Шпрехер Д. М., Бабокин Г. И., Колесников Е. Б., Овсянников Д. С. Исследование неравномерности нагружения двухдвигательного частотно-регулируемого электропривода скребкового конвейера // Известия вузов. Электромеханика. — 2021. — Т. 64. — № 4-5. — С. 37—45. DOI: 10.17213/0136-3360-2021-4-5-37-45.

19. Овсянников Д. С. Моделирование динамики распределения нагрузки на скребковом конвейере // Известия ТулГУ. Технические науки. — 2021. — № 11. — С. 435—440.

20. Shevyrev Y. V., Pichuev A. V., Shevyreva N. Y. Improving energy performance in networks with semiconductor converters / 2019 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing, ICIEAM 2019. Sochi, 2019, article 8743020. DOI: 10.1109/ ICIEAM.2019.8743020.

21. Ещин Е. К. Вариант снижения динамической нагруженности электромеханических систем скребковых конвейеров // Известия вузов. Электромеханика. — 2019. — Т. 62. — № 3. — С. 51—57. DOI: 10.17213/0136-3360-2019-3-51-57.