Классификация способов отделения угля от массива выемочными модулями Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© В.В. Габов, В.Ф. Тужиков, Л.А. Залков, 2003

УЛ К 621

В.В. Габов, В.Ф. Тужиков, Л.А. Залков

КЛАССИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ ОТЛЕЛЕНИЯ ОТ МАССИВА ВЫЕМОЧНЫМИ МОЛУЛЯМИ

УГЛЯ

Основными из негативных факторов комбайновой технологии подземной добычи угля в современных комплексно-механизированных очистных забоях является выход большой части по массе мелких фракций угля и пыли, повышенная зольность по отношению к материнской в случае отработки угольных пластов с прослоями породы.

Низкое качество добываемого угля по зольности и гранулометрическому составу и, как следствие завышенный расход электроэнергии, существенно снижают экономические показатели работы шахты.

Один из способов решения этой проблемы является переход на избирательные технологии и соответствующие технические средства добычи угля в очистных забоях.

Основой избирательной технологии, определяющей ее особенности, является способ отделения угля от массива (СОУМ). Непосредственно под способом отделения угля от массива понимается последовательность и параметры осуществляемых срезов (сколов) в массиве и соответствующее оформление и подвигание поверхности локального забоя.

Основными признаками избирательных СОУМ, по которым их выделяют из множества известных и объединяют в одну группу являются:

- возможность избирательности по месту и последовательности во времени отделения угля от массива срезами или сколами в локальном забое в зависимости от хрупкости и степени ослабления пласта слоистостью, мощности или прочности породных прослоев;

- возможность изменения направлений срезов (сколов) в зависимости от направлений кососекущих и нормальных к слоистости систем трещиноватостей;

- возможность селективной выемки угля;

- возможность выделения локальных забоев с разными свойствами и разделение длинного забоя на локальные.

Переход к избирательным технологиям может быть осуществлен с применением очистных механизированных комплексов новых структур и возможностей, в частности, комплексов фронтальных модульного исполнения (КФМ). Выемочными машинами в КФМ являются унифицированные модули [1].

Известны различные фронтально-избирательные способы отделения угля от массива (СОУМ) скалыванием и резанием. При проектировании новых и применении уже известных выемочных модулей для заданных горно-геологических условий необходима четкая классификация СОУМ, что создает условия для выбора наиболее рациональных решений.

На основе анализа и систематизации выделено одиннадцать основных избирательных СОУМ для отработки пластов простого строения (без породных прослоев и консолидированных твердых включений).

СОУМ представлены в табл.1 геометрическими схемами и параметрами срезов локального забоя, дающими достаточно полное представление об их особенностях. Все способы рассматриваются в контексте с фронтальной технологией отработки столба с одновременной выемкой угля в локальных забоях параллельными заходками. Избирательные способы имеют и самостоятельное значение, так как могут особенно эффективно использоваться при отработке целиков, проведении выработок широким и узким забоями.

В качестве классификационных признаков внутри рассматриваемой группы СОУМ приняты:

- форма элементарного среза (дугообразная, прямолинейная);

- направление срезов один к другому и к слоистости пласта (по направлению слоистости, под углом к слоистости);

- форма поверхности забоя в начале цикла выемки (плоская, ломаная из плоских поверхностей, ломаная из сферических поверхностей).

Способы №1-5 (см. табл.1) разработаны в ВГИ СПГГИ(ТУ).

Рассмотрим СОУМ №1 - фронтальный с обработкой локального забоя двусторонним статическим или статико-динамическим резанием по напластованию с осуществлением срезов по слоям пласта избирательно в зависимости от его структуры, параметров систем трещиноватостей и отжима пласта. Отличительными особенностями этого способа отделения угля от забоя являются:

- возможность избирательного разрушения массива выбором места, последовательности, толщины и шага срезов по мощности пласта в зависимости от степени ослабления пласта отжимом, наличием более слабых прослоев угля, степени ослабления пласта слоистостью и трещиноватостью;

- возможность регулирования толщины среза И =

0,7...0,15 м и шага срезов (t ср = 0,3...0,6 м) в момент

позиционирования исполнительного органа;

- осуществление среза без подачи коронки на забой ( Уп = 0 при Ур Ф 0).

Техническая производительность выемочного модуля при осуществлении рассматриваемого способа может быть определена по формуле:

60 • I,- 1в • Н-у

Чм =-

Т

н

(1)

геометрический параметр (см.

где I, , 1в табл.1), 1в = И толщиной И по направлению подвигания забоя за

пср , м. Здесь

количество срезов

цикл; Тц - время цикла; у- плотность угля в массиве, т/м3.

Техническая производительность фронтального комплекса будет равна

Т • И •у• Н • Ь • Каа

I,

- + -

t

1 -

1

ш„

+

И

ш„

ср

^ 3 Кс Л

—+—

V V

V * *р у

(2)

V ср У

, V* - скорости движения резцовой коронки при осуществлении срезов и при позиционировании

где К

соответственно секции, м/с; К а

забоя, К а = ■

, м/с; V,

кр

- скорость передвижки

Н • I

коэффициент активной площади

• К о

, Ко - коэффициент одно-

Ь

временности работы модулей по технологии работы КФМ; Шср - количество срезов по мощности пласта,

Шср =

1ср

Н - Нщ - Нц - Нск t

время, за кото-

рое определяется производительность модуля,

Нс

t - геометрический параметр (см. табл. 1),

2-й способ: фронтальный с одновременной отработкой лавы локальными забоями параллельными заходками и разрушением массива избирательно статическими или статико-динамическими срезами по напластованию, встречно, начиная от щели подрубки или целика скола у кровли в зависимости от характера отжима пласта угля в забое.

Особенностью способа, по сравнению с первым, является то, что срезы осуществляются попарно-встречно в каждой паре локальных забоев. Следовательно, выемочный механизм можно выполнить уравновешенным по средним значениям сил резания. Локальный забой по ширине захвата состоит из двух (парных) поверхностей с 1Ь = 21, .

Этот СОУМ отличается от первого простотой движений, возможен при простой неизменной структуре пласта, может быть выполнен с уравновешенным выемочным механизмом по усилию резания. Соседние механизмы резания для исключения столкновений исполнительных органов могут работать на разных уровнях или в противофазе движений исполнительных органов.

СОУМ №3: фронтальный с одновременной отработкой лавы локальными забоями параллельными заходками с разрушением массива забоя отдельными сколами (срезами) в направлении преобладающей трещиноватости с ослаблением угольного массива подрезной щелью и сколом целика у кровли. Этот способ целесообразно применять при значительной дезинтеграции призабойной части массива трещиноватостью под углом к линии забоя, отжимом и слоистостью. В этом случае возможны сколы с толщиной до И = 30 см, а очередность сколов устанавливается из условий максимального ослабления последующих слоев пласта.

СОУМ №4: фронтальный с одновременной отра-

боткой лавы параллельными заходками и разрушением массива локального забоя избирательными сколами по плоскостям, разделяющим слои пласта одновременно по всей ширине локального забоя в направлении подвигания фронта лавы. Последовательность сколов по мощности пласта определяется структурными свойствами пласта и требованиями минимальной энергоемкости разрушения массива за цикл, устойчивости технологического процесса и разрушения массива без выхода негабаритов.

СОУМ №5: фронтальный с одновременной отработкой лавы параллельными заходками и разрушением массива локального забоя двухсторонними, шахматными, по форме сечения, срезами и сколами целиков у кровли и над зарубной щелью у почвы пласта.

Способ целесообразно применять при простом строении пласта, хрупких, трещиноватых углях без существенного преобладания одной системы трещиноватости над другими или, когда преобладающая трещиноватость параллельна плоскости забоя .

СОУМ №6, №7 и №8 разработаны сотрудниками Подмосковного научно-исследовательского института и были воплощены в их экспериментальных разработках [2, 3]. Это фронтальные неизбирательные способы с одновременной отработкой лавы параллельными заходами с разрушением массива дугообразными ‘‘статическими'' срезами по мощности пласта (способы №7 и №8) и по напластованию (№6).

Аналогами СОУМ №9 являются разработки Московского горного [4] и Карагандинского политехнического институтов [5]. Способ является фланговым, многозаходным, узкозахватным с разрушением массива локального забоя с поверхности серпообразными по форме и статическими (по виду активных сил) срезами поперек напластования с элементами избирательности обработки пласта по его структуре.

Основой этого способа является технология работы стреловых проходческих комбайнов. Методика расчета параметров и показателей такого способа достаточно разработана и не требует комментариев. По сравнению с комбайновой технологией площадь активной зоны ( Ба ), а следовательно, интенсивность работы могут увеличиваться незначительно, качество добытого угля по гранулометрическому составу и энергоемкость добычи не изменяются.

Способ №10 фронтальный струговый, предложен Гипроуглемашем, экспериментально апробирован на стенде Малаховского экспериментального завода. Доказана возможность резания (скалывания) угля с большими толщинами срезов струговыми исполнительными органами с силовыми гидроцилиндрами. На расстоянии 1у каждого локального забоя струговые исполнительные органы совершают возвратнопоступательные движения. Способ применим на пластах простого строения, не обеспечивает избирательности обработки забоя и селективности выемки.

Способ №11 близок к способу №2, но срезы -встречные, двусторонние и осуществляются на разных уровнях. После каждого акта среза положение исполнительных органов изменяется по мощности

пласта. Механизмы резания могут быть выполнены ограниченно уравновешенными в направлении сил резания.

Не рассмотренные в статье другие фронтальные избирательные способы могут быть сведены к рассмотренным и являются их разновидностями. Поэтому в классификационной таблице не приводятся.

Используя данную классификацию, можно выделить наиболее эффективный СОУМ для конкретных горно-геологических условий и далее выбрать соответствующую выемочную машину - выемочный унифицированный модуль. Следует также отметить, что несколько избирательных способов отделения угля от массива в отличии от традиционных могут быть осуществлены одним типом унифицированного выемочного модуля, и при переходе от одного СОУМ к другому необходимо в одном случае заменить только исполнительный орган (режущую коронку, скалыва-

тель), в другом случае - выемочный механизм с коронкой.

Параметры способа (И, 11 , шср, пср ) можно изменять или настройкой, или изменением исходных данных к управляющей программе.

Избирательные способы отделения угля от массива по сравнению с комбайновыми и струговыми обеспечивают значительное снижение выхода мелких классов угля и пылеобразования, так как средняя толщина среза (скола) поддерживается постоянной.

Испытания выемочного модуля с программным управлением на углецементном блоке с сопротивляемостью резания от 60 до 300 кН/м подтвердили соответствие реализованных в эксперименте параметров способа расчетным и эффективность работы модуля при выполнении всех операций цикла в автоматическом и ручном режимах управления.

------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Габов В.В. , Винников Е.И1. Основные принципы формирования структуры фронтальных модульных комплексов // 3-я Республиканская научно-практическая конференция: «Человек на севере XXI веке: горное дело, ТЭК, экология, народонаселение». - Сыктывкар, 2001 - С.286-290.

2. Агрегат фронтальный гидрав-

лический: Отчет о НИОКР / ПНИУИ. -Новомосковск, 1976. - 64с.

3. Карленков А.А. Анализ состояния работ по созданию струговых агрегатов для выемки тонких пологих пластов без постоянного присутствия людей в очистном забое. // Науч. тр./ ИГД им. А.А. Скочинского. -1981. -Вып.201. -С.39-44.

4. А.с. ви 1490271 СССР, МКИ Е21С 27/16 . Фронтальный агрегат / Г.И. Картавых (СССР). - Заяв. 08.04.87; Опубл. 30.06.89, 1989 Бюл. №24.

5. Комплекс для селективной выемки роботизированный: Проспект

ВДНХ. - Караганда, 1987.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ----------------------------------------------------------------------------------------

Габов Виктор Васильевич - профессор, доктор технических наук, зав. кафедрой горной электромеханики филиала Санкт-Петербургского государственного горного института им. Г.В. Плеханова (технического университета) «Воркутин-ский горный институт».

Задков Денис Александрович - ассистент кафедры горной электромеханики филиала Санкт-Петербургского государственного горного института им. Г.В. Плеханова (технического университета) «Воркутинский горный институт». Тужиков Владимир Федорович -кандидат технических наук, главный механик ОАО «Воркутауголь».

© Л.В. Горолилов, 2003

УЛК 622.230

Л.В. Горолилов

ИССЛЕЛОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СУХОГО ТРЕНИЯ В ПАРЕ «ПИЛИНЛР-УЛАРНИ К» НА ПАРАМЕТРЫ ГИЛРАВЛИЧЕСКОЙ УЛАРНОЙ МАШИНЫ

В[1] представлен анализ уравнений, описывающих гидравлическую ударную машину (ГУМ) с идеальным распределителем и определены безразмерные параметры (критерии подо-

бия), влияющие на ее выходные характеристики. В [2, 3] проведены расчеты ГУМ по упрощенной модели, из которой были исключены утечки, гидравлические и механические сопротивления; результаты представлены в виде поверхностей уровня безразмерных аналогов выходных характеристик (мощности, предударной скорости, времени цикла) в трехмерном пространстве входных критериев подобия, которые были определены, как «основные».

В настоящей работе в математическую модель ГУМ [3] включено сухое трение, которое появляется