CC BY
32
© A.B. Фелаш, 2003
УАК 622.234.5
A.B. Фелаш
ГИАРОАОБЫЧНЫЕ АГРЕГАТЫ И СТРУЙНЫЕ ПОАВИЖНЫЕ ОРГАНЫ РАЗРУШЕНИЯ
Первые опытно-конструк-торские и экспериментальные работы по созданию гидравлических агрегатов были начаты Кузнецким филиалом “Гипроуглемаша” в середине 50-х гг. по техническому заданию института “ВНИИгидро-уголь”. Первым из отечественных гидравлических агрегатов для пологих средней мощности угольных пластов являлся агрегат АГ-1, состоящий из агрегатной крепи, четырех гидромониторов ГМУ-3 и желобов безнапорного гидротранспорта. Во время испытаний агрегата АГ-1 длиной 18 м с общим подвигани-ем забоя на 26 м на пласте “По-лысаевском 1” гидрошахты “Заречная” в 1958 г. были установлены техническое несовершенство его конструкции и ошибочность в выборе горногеологических условий. Поэтому применение гидромониторов в качестве органов разрушения и гидротранспорта угля в агрегатном забое не позволило достигнуть высоких технико-
экономических показателей.
В 1981 г. в ПО “Гидроуголь” с целью повышения эффективности гидромониторной выемки угля был разработан агрегат, состоящий из механизированной крепи и гидромонитора, стационарно установленного на сопряжении лавы с аккумулирующим штреком. При подаче воды под давлением к гидромонитору ствол его одновременно перемещается в вертикальной плоско-сти сверху вниз и параллельно плоскости забоя, кровле и почве пласта, осуществляя выемку угля в агрегатном забое. По окончании выемочного цикла секции механизированной крепи передвигают, и процесс выемки повторяется. Преимущества агрегата - удовлетворительная подготовка кровли и почвы пласта под механизированную крепь.
К недостаткам следует отнести стационарное расположение гидромонитора на фланге лавы, которое не позволяет получить длинную отрезную щель.
В настоящее время давление технологической воды на гидрошахтах достигло 10,0-14,0 МПа, что позволяет успешно применять различные гидромониторы и гидроустановки в зависимости от различных горно-геологичес-ких условий. Отлично зарекомендовал свою работу гидромониторный агрегат ГВД, осуществляющий нарезку печей и дистанционную выемку из них угля высоконапорными струями.
Сотрудниками ЦНИИЭУголь были проанализированы гидродобычные агрегаты и комплексы, которые относятся к тем или иным группам. В эти группы входят: угольные типы, струговые установки и комплексы с опускными крепями, щитовые агрегаты, машины направленного бурения. Наиболее выгодной была технологическая схема безлюдной выемки для машин направленного бурения. Все остальные группы предусматривают присутствие людей в очистных забоях и на время монтажа и ремонта.
Институтами МГГУ, ВНИИ-гидроуголь, производственным объединением “Гидроуголь” проводились работы по созданию средств выемки угля без постоянного присутствия людей в забое для гидравлической технологии добычи угля. Создание гидравлических и механогидравли-ческих агрегатов, главным достоинством которых является ма-лооперационность технологического процесса, объединенного единым энергоносителем, является одним из перспективных направлений создания технологий агрегатной выемки угля без
постоянного присутствия людей в забое. Для пологих пластов средней мощности созданы агрегаты АФГ, АФМГ. Гидромониторный агрегат АФГ, представляющий собой совокупность конструктивно взаимосвязанных машин и механизмов, предназначен для механизации и автоматизации технологических процессов по выемке угля, его транспортировке и управлению кровлей. Агрегат состоит из выемочного органа, става-желоба, механизма перемещения подводящих водоводных ставов, лавной крепи, аппаратуры автоматического управления и контроля. Агрегат проходит испытания на шахте “Инская” производствен -ного объединения “Гидроуголь”. Механогидравлический агрегат АФМГ отличается механогидрав-лическим исполнительным органом и механизмом перемещения по ставу-желобу.
Коллективами МГРИ, ГИГХСа, Промпроекта было разработано оборудование для скважинной гидротехнологии: смеситель газожидкостный с перфорированным диффузором; воздухоотделитель циклонного типа; скважинные добычные снаряды с кольцевым пульпопроводящим каналом типов “Эрлифтный”, “Крот”, “Торпеда”, “Гидромониторный” и с центральным каналом типа “Пульпосос”.
С учетом всего объема руды, выданной добычным снарядом, средняя производительность при предварительных испытаниях снарядов составила: “Торпеда” -9,7; “Крот” - 10; “Эрлифтный” -11; “Гидромониторный” - 12 т/ч. Установлено, что при продолжительной добыче с одного интервала скважины производительность быстро падает. Так, при добыче рыхлых мартит-магнети-товых и магнетит-мартитовых тонкозернистых руд снарядом “Торпеда” с глубины 652-687 м через 15,2 ч даже при выполнении раскачивания производительность снижалась с 25,0 до 7,6 т/ч. Быстрое снижение производительности отмечалось и при использовании других добычных снарядов в интервалах технологической скважины,
представленных пластами и про-
Рис. 1. Скважинные гидромониторные агрегаты:
б - Гидромониторный скважинный агрегат: I-- водопо-а - Гидромониторный агрегат ГВД-31 - станок подачи; 2 - дающая штанга; 2 - опорный фонарь;- 3-- пульт управ-
распорный фонарь; 3 - пульт управления; 4-секция пода- ления; 4 - исполнительный орган; 5-- вентиль ВГ-2; 6 -
чи;5- высоконапорный рукав; 6 - пульт управления фильтр; 7 - станок подачи; 8-- маслостанция
пластками богатых руд различной плотности.
В процессе проведения экспериментальных, предварительных и приемочных испытаний наблюдалось постоянное повышение средней производительности добычи за счет накопления опыта работы, применения более совершенных конструкций добычных снарядов, увеличения энергетической мощности (воздуха, воды и ГЖС), усовершенствования технологии добычи.
В частности, новые закономерности струеформирования являются основополагающими
для проектирования и разработки скважинных гидромониторов с повышенной разрушающей способностью струи. Закономерности пульпоприготовления и процесса всасывания на основе закрученных самоуправляемых
струй положены в основу создания принципиально новых конструкций выдачных устройств. Знание закономерностей самотечного и принудительного гидротранспорта позволяет научно проектировать конструктивные элементы систем разработки.
Установлено, что на транспортирование угля по скважине на каждый метр скважины теряется 1 кВт мощности, поэтому длина скважины невелика (до 3035 м). Кроме того, в настоящее время установками БШУ разрешено отрабатывать только негазовые пласты, так как были случаи вспышек метана в скважине
вследствие фрикционного ис-крообразования.
Учитывая все это, в институте ВНИИгидроуголь разработана технологическая схема выемки угля установкой БШУ с гидротранспортом угля по камере. которая позволит:
- снизить энергоемкость транспортирования угля, которая при обычной технологии составляет 65-70 % от всех энергозатрат, что позволит увеличить длину скважины до 60-80 м;
- повысить энергозатраты на отбойку угля, а также скорость резания и производительность установки;
- исключить возможность фрикционного искрообразования путем подачи на режущую коронку технической воды под давлением 1,5-2,5 МПа, служащей для транспортирования отбитого угля.
Технологическая схема выемки угля с применением установки БШУ предусматривает прохождение параллельных камер между аккумулирующим и вентиляционным штреками. При этом между камерами для управления кровлей оставляются небольшие целики угля, которые по мере их раздавливания вынимаются гидромониторами (12ГД-2) с аккумулирующего или вентиляционного штрека.
Однако применение гидротранспорта на бурошнековых установках не ликвидирует ос-
новных недостатков, им присущих:
- большие потери угля, обусловленные формой выработки;
- недостаточная жесткость шнекового става и как следствие
- отклонение скважины от заданного направления;
- прерывность в работе по выемке угля;
- отсутствие плавного регулирования исполнительного органа по мощности пласта.
Гидравлическая технология добычи угля, на современном уровне развития, наиболее полно отвечает требованиям, предъявляемым к безлюдной выемке, и является переходной к скважинной гидравлической добыче угля.
УкрНИИгидроуглем ДонУГИ разрабатывались технологические схемы безлюдной выемки пологих пластов с применением гидромониторных агрегатов ГВД-3, АГС-1 , управление которыми осуществляется из подготовительной выработки. В процессе выемки угля агрегатом ГВД-3 (рис. 1) лучшие результаты были достигнуты при давлении воды 10,0 МПа и диаметре насадки 0,024 м. Струя разрушала полосу шириной 1,0 м и длиной 10-12 м по всей мощности пласта.
Однако испытания опытного образца показали, что данный агрегат, наряду с преимуществами, обладает рядом существенных недостатков, наличие которых делает проблематичным его промышленное применение.
К основным из них относятся следующие:
- невозможность контроля за качеством проведения выемочной сбойки (ширина и качество обработки контура), что в значительной степени влияет на трудоемкость ее проведения и качество очистных работ, а также за ее прямолинейностью, что приводит к нарушению параметров технологической схемы и, как следствие, к увеличению потерь угля до 50-60 и более процентов;
- косвенный контроль за полнотой выемки (по выходу твердого в пульпе на устье сбойки), что приводит к ошибочным решениям об окончании выемки полосы, а значит к увеличению потерь угля.
При применении агрегата АГС возможны две технологические схемы ведения работ. Первая схема предусматривает подготовку выемочного участка двумя штреками: аккумулирующим и
вентиляционным. Технология ведения работ по этой схеме заключается в следующем. Вначале по пласту угля с помощью 3-х струйного исполнительного органа, совершающего с помощью подающего става возвратноповоротное движение, проводится скважина диаметром 0,4-0,8 м. После выхода ее на вентиляционный штрек, исполнительный орган демонтируется, и вместо него на подающий став устанавливают исполнительный орган для очистной выемки. Выемку угля ведут сверху вниз полосами-заходками, длина которых равна длине секций подающего става, а ширина - 12-17 м при односторонней выемке и 16-25 м при двухсторонней выемке заходок. По второй технологической схеме подготовка выемочного участка осуществляется только од-
ним аккумулирующим штреком. При этом сначала также бурится скважина длиной до 150 м, после чего из скважины извлекаются подающий став и исполнительный орган. Затем в скважину подается исполнительный орган для очистной выемки, с помощью которого осуществляется гидроотбойка угля полосами-заходками сверху вниз. Параметры заходок те же, что в первом случае.
Агрегатом АГС производилась выемка выбросоопасного пласта мощностью 0,36-1,7 м с углом падения 5-60°. Скорость бурения скважин длиной до 100 м при давлении воды 8,0-10 МПа достигала 12-15 м/ч при среднесуточной скорости 18-25 м, а средняя производительность гидроотбойки - 13-35 т/ч. Добыча угля из скважины достигала 130-150 т/смену, а при выемке заходок 130-240 т/смену. Потери угля в заходках составляли 8 %.
Во время испытаний имели место случаи динамических явлений, в результате которых происходили закупорки скважин и зажатие става. Кроме того, было установлено, что при длине скважины более 100 ми сложной ее трассе возможно прекращение возвратно-поворот-ного движения исполнительного органа, в связи с чем производительность агрегата снижалась. Было также установлено, что для его осуществления и надежного гидротранспорта угля по скважине необходим такой режим гидроотбойки, при котором крупность кусков угля не превышает 0,20,25 м.
Одним из основных условий эффективного применения технологии скважинной гидродобычи угля является обеспечение
надежного гидротранспортирования не в очистной камере, а в эксплуатационной скважине. С целью повышения устойчивости стенок скважины ее диаметр должен быть минимален. С другой стороны, проходное сечение скважины должно быть достаточно для размещения в нем гидроснаряда и пропуска крупнокусковой угольной гидросмеси. Тем не менее, как показал опыт отработки угольных пластов скважинной гидротехнологией, аварийные ситуации в скважине, в особенности заклинивание (забутовка) гидродобычного става в эксплуатационной скважине, составляют 30-35 % времени работы снаряда.
Опытные работы, а также промышленное применение
средств гидромеханизации очистных работ показали, что одним из основных факторов, ограничивающих область применения гидравлического способа безлюдной выемки угля, является крепость угля. Для снижения отрицательного влияния этого фактора ИГД им. A.A. Скочин-ского работает над комбинацией известных способов механической и гидравлической выемки угля при невысоком давлении струи воды. Все они основаны на использовании предварительного разрыхления угля.
Таким образом, оценивая предложенные решения с точки зрения их практической применяемости, можно сделать вывод об отставании в части разработки выемочной техники для гидромеханизации, хотя возможности гидроотбойки при обычных (10-16 МПа) напорах далеко не использованы.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ----------------------------------------------------------------
Федаш A.B.— доцент, кандидат технических наук, Московский государственный горный университет.
«НЕДЕЛЯ Г0РНЯКЛ-2003» СЕМИНАР № 10
Файл: ФЕДАШ
Каталог: GA^ работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB7_03
Шаблон:
C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\
Normal.dotm Заголовок: 1
Содержание:
Автор: Alexandre Katalov
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания: 04.06.2003 15:56:00
Число сохранений: 8
Дата сохранения: 08.11.2008 23:48:00 Сохранил: Таня
Полное время правки: 23 мин.
Дата печати: 09.11.2008 0:06:00
При последней печати страниц: 4
слов: 1 938 (прибл.)
знаков: 11 052 (прибл.)
