CC BY
16
УДК 622.273.3:622.285 © Ю.М. Филатов, В.В. Семенцов, С.А. Прокопенко, Е.А. Петров, M. Чехлар, 2019
Конструкции мобильных держателей кровли для отработки целиков угля при камерно-столбовой системе разработки пластов
- Р01: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-7-10-13 -
ФИЛАТОВ Юрий Михайлович
Канд. техн. наук, генеральный директор АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, e-mail: y.filatov@nc-vostnii.ru
СЕМЕНЦОВ
Вячеслав Владимирович
Канд. техн. наук, заведующий лабораторией АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, e-mail: v.sementsov@nc-vostnii.ru
ПРОКОПЕНКО Сергей Артурович
Доктор техн. наук, профессор НИ ТПУ, ведущий научный сотрудник АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, e-mail: sibgp@mail.ru
ПЕТРОВ Евгений Анатольевич
Доктор техн. наук, профессор, декан Бийского технологического института (филиала) ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», 659305 г. Бийск, Россия, e-mail: isf@bti.secna.ru
ЧЕХЛАР Михал
Канд. техн. наук, профессор, декан факультета горной разработки, экологии, контроля процессов и геотехнологий Технического Университета Кошице (TUKE), 04200, г. Кошице, Словакия, e-mail: michal.cehlar@tuke.sk
Представлена в качестве перспективной для российских шахт камерно-столбовая система разработки угольных пластов. Показаны успехи ее применения в зарубежных шахтах, обеспеченные активным развитием горного машиностроения и техническим переоснащением забоев. В частности, довести уровень извлечения угля из междукамерных целиков до 90% и более при обеспечении безопасности работ удалось благодаря применению современныхмобильных держателей кровли. Описаны несколько перспективных для отечественных шахт конструкций мобильных держателей кровли. Представлены необходимость и направления их дальнейшего совершенствования. Ключевые слова: шахта, пласт, целик, комбайн, кровля, безопасность, эффективность, обрушение, мобильный держатель кровли, конструкция, совершенствование.
ВВЕДЕНИЕ
Камерно-столбовая отработка (КСО) в российских угольных шахтах используется на участках пластов, не пригодных для высокопроизводительной добычи механизированными комплексами [1, 2, 3]. Извлечение угля из «неудобий» приносит дополнительный доход предприятиям, повышает уровень извлечения полезного ископаемого и способствует рациональному освоению земных недр.
В зарубежной угольной промышленности (Австралия, ЮАР, Мексика, Иран, Новая Зеландия, Канада) КСО нашла более широкое применение, а в некоторых странах, например в США, она является ведущей [4, 5]. Этому способствовали относительно низкая капиталоемкость КСО и ее активное научное, конструкторское и инновационное сопровождение, позволившие к настоящему времени обеспечить добывающие предприятия высокопроизводительными технологиями, надежным оборудованием и высокой организацией горного производства. В частности, разработка и освоение выпуска рядом зарубежных машиностроительных компаний самоходных держателей кровли с дистанционным управлением существенно расширили возможности отработки целиков угля, позволили шахтам довести уровень извлечения ископаемого до 90-95% и повысили рентабельность камерно-столбовой технологии [6, 7].
Провозглашенная в России четыре года назад политика импортозамещения до сих пор не привела к развитию отечественного горного машиностроения, освоению угольными предприятиями новых технологий, конструкций машин, прогрессивных экономических отношений [8]. Одним
из актуальных направлений развития угледобычи выступает техническое совершенствование технологии КСО в российских шахтах.
КОНСТРУКЦИИ МОБИЛЬНЫХ ДЕРЖАТЕЛЕЙ КРОВЛИ
Ранее в работе [3] была подробно рассмотрена технология отработки целиков угля с применением мобильных держателей кровли (МДК). Приведено описание конструкции этих машин (рис. 1). Оборудование получило название «Mobile Roof Support» (MRS), что можно перевести как «мобильный держатель кровли» или «мобильная крепь». Их-производство организовала компания «J.H. Fletcher & Co. Huntington, WV» (США), поставляющая оборудование для шахт ЮАР, Австралии, Ирана и др.
Министерство угольной промышленности Индии пошло по другому пути. Соотнеся высокую цену импортного американского оборудования и невысокую стоимость индийского угля, в правительстве приняли решение об организации собственного производства держателей кровли [9].
Индийский держатель кровли «SAGES» отличают гораздо меньшая стоимость - около 25% от цены американской машины, меньшая масса при повышенной несущей спо-
Рис. 1. Общий вид современной конструкции мобильного держателя кровли «MRS» сраздвижностью до 1600 мм (а) и до 5000 мм (б)
собности. Это достигается запатентованной конструкцией опорной рамы между гусеницами, которая после перемещения машины опускается на почву выработки и воспринимает нагрузку козырька и кровли на себя. Несущая способность выпускаемых индийской промышленностью МДК равняется 200, 500 и 800 т. Степень раздвижности изменяется от 72 до 120%. Они могут применяться по пластам мощностью от 2 до 4,4 м [9].
Приобретение импортных мобильных держателей кровли позволяет расширить область применения КСО и эффективность отработки запасов угля российскими шахтами. Изучение технологии работы и перемещения МДК в пластовой камере позволило предложить конструкцию, отличающуюся меньшей металлоемкостью, отсутствием электрогидравлического узла, низкой трудоемкостью изготовления. По сути, установка представляет собой гибрид жесткого и гибкого элементов. Несущий металлический каркас накрыт козырьком, который поднимается резиновым баллоном при наполнении его сжатым воздухом. Пневматический держатель кровли получил название «ПНЕДЕК». Установка представляет собой металлическую раму 1, сваренную на полозьях 2, и каркас 3, усиленный укосинами 4 (рис. 2).
Внутри рамы вертикально закреплены две стойки-трубы 5 диаметром порядка 200 мм, в которые подвижно установлены две стойки 6 меньшего диаметра 190 мм. Эти стойки 6 соединены с козырьком 7 и имеют возможность перемещаться внутри стоек 5, поднимая и опуская его. Козырек представляет собой металлическую пластину толщиной 30-40 мм со свесами по краям.
Сверху на раме под козырьком 7 размещен пневмобал-лон 8 подушкообразной формы, подключенный шлангом 9 к пневмосети шахты (или отдельному компрессору) и оснащенный запорным вентилем. Для сброса лишнего давления предусмотрен предохранительный клапан 10.
Баллон выполнен из многослойной резинокордовой ткани, рассчитанной на высокое давление воздуха. В баллоне имеются отверстия 11 диаметром около 300 мм, через которые проходят стойки 5и 6. Полозья МДК на одной из сторон соединены между собой и оснащены проушиной 12 для транспортировки.
Пневмобаллоны ранее применялись в шахтах СССР для крепления выработок и зарекомендовали себя с положительной стороны при использовании в шахтах производственных объединений «Артемуголь» и «Орджоникидзе-уголь» [10, 11]. Держатели MRS в процессе эксплуатации обычно используют на одну треть номинальной несущей способности [12, 13]. Их назначение не в удержании не всей налегающей над камерой породной толщи, а во временном поддержании пород непосредственной кровли. Согласно исследованиям зарубежных ученых, влияние МДК распространяется на высоту до 18 м [13]. Наполнение баллона воздухом позволяет обеспечить необходимое распорное усилие, достаточное для временного выполнения функции поддержания пород непосредственной кровли. Установки ПНЕДЕК в количестве двух штук размещают в камере рядом с целиком, подлежащим односторонней отработке. Последующая технология работ аналогична применяемой в зарубежных шахтах с использованием MRS [6, 12].
Среди преимуществ применения в российских шахтах предлагаемой конструкции МДК можно назвать: низкую
стоимость изготовления по сравнению с импортными аналогами; простоту конструкции и низкие эксплуатационные затраты; удаление из опасной зоны электрооборудования и электрокоммуникаций; снижение риска потери дорогостоящего оборудования в случае завала.
Предлагаемый к поставке российским шахтам американский держатель MRS имеет цену порядка 900 тыс. дол. США. Шахте для организации работ по КСО требуется комплект держателей из четырех штук при общей стоимости около 200 млн руб. Сравнительный анализ с вариантом замены комплектом российских установок выявляет возможность экономии до 120-150 млн руб. денежных средств.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Имеющийся в мире и стране научно-конструкторский задел облегчает отечественным машиностроительным заводам, например АО «Юрмаш», условия по разработке и освоению собственных конструкций этих необходимых шахтерам машин. Требуются новые образцы оборудования КСО с функциями и параметрами, превосходящими лучшие достигнутые в мире результаты.
Список литературы
1. К вопросу отработки удароопасных угольных пластов короткими забоями / Д.В. Яковлев, В.П. Баскаков, М.А. Розенба-ум, С.И. Калинин // Уголь. 2015. № 7. С. 13-16. URL: http://www. ugolinfo.ru/Free/072015.pdf (дата обращения: 15.06.2019).
2. Отработка мощных угольных пластов, опасных по газодинамическим явлениям, системой коротких забоев /
В.П. Баскаков, М.А. Розенбаум, С.И. Калинин и др. // Уголь, 2015. № 11. С. 17-20. URL: http:// www.ugolinfo.ru/Free/112015.pdf (дата обращения: 15.06.2019).
3. Повышение эффективности и безопасности отработки целиков при камерно-столбовой системе разработки угольных пластов / Ю.М. Филатов, В.В. Семенцов, С.А. Прокопенко // Уголь. 2018. № 12. С.16-20. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/122018.pdf (дата обращения: 15.06.2019).
4. Lind G.H. Key success elements of coal pillar extraction in New South Wales // Journal of The South African Institute of Mining and Metallurg. 2002. Pp. 199-205.
5. McTyer K., Sutherland T. The Duncan Method of Partial Pillar Extraction at Tasman Mine / 11th
Underground Coal Operators' Conference, University of Wol-longong & the Australasian Institute of Mining and Metallurgy, 2011. Pp. 8-15.
6. Howe L. A Decade of Mobile Roof Support Application in the United States. Paper in Proceedings / 17th International Conference on Ground Control in Mining, ed. by S.S. Peng (Morgantown, WV, Aug. 4-6, 1998). Dept. of Mining Engineering, WV Univ., 1998. Pp. 187-201.
7. Wilson H.G. Mobile Roof Support for Retreat Mining / Paper in 10th International Conference on Ground Control in Mining, Proceedings, ed. by S. Peng (Morgantown, WV, June 10-12, 1991). Dept. of Min. Eng., WV Univ., 1991. Pp. 103-114.
8. Prokopenko S.A., Kurzina I.A., Lesin Yu.V. Prospects for improvement of mining machines'cutting picks / IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 124. N 1. Article number 012134. Pp. 1-5. doi: 10.1088/1757-899X/124/1/012134.
9. Jaya Bharath. Mobile roof supports (MRS). URL: http:// jaya-bharat.com (дата обращения: 15.06.2019).
10. Степанович Г.Я. Шахтные пневматические крепи. Киев: Техника, 1981. 158 с.
11. Рахутин В.С. Пневматические конструкции в горном деле. Киев, Донецк: Вища школа, 1983. 152 с.
12. Howe L. Two Decades of Mobile Roof Support Applications. URL: http://www.jhfletcher.com/articles/TwoDecadesOf-MobileRoofSupports.pdf (дата обращения: 15.06.2019).
13. Maleki H., Owens J. Analysis of the interaction between mobile roof surrirts and mine strata. URL: https://www.cdc. gov/niosh/mining/UserFiles/works/pdfs/aotib.pdf (дата обращения: 15.06.2019).
UNDERGROUND MINING
UDC 622.273.3:622.285 © Yu.M. Filatov, V.V. Sementsov, S.A. Prokopenko, E.A. Petrov, M. Cehlar, 2019 ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2019, № 7, pp. 10-13
Title
constructions of mobile roof holders for mining coal undeveloped deposit in a chamber-and-pillar seam development system
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-7-10-13 Authors
Filatov Yu.M.', Sementsov V.V.', Prokopenko S.A.1, 2, Petrov E.A.3, Cehlar M.4
1 "Scientific Centre "VostNII" for Industrial and Environmental Safety in Mining Industry" JSC, Kemerovo, 650002, Russian Federation
2 National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk, 634050, Russian Federation
3 Biysk Institute of Technology (branch) Polzunov Altai State Technical University, Biysk, 659305, Russian Federation
4 Technical University of Kosice (TUKE), 04200, Kosice, Slovakia
Authors' Information
Filatov Yu.M., PhD (Engineering), General Director, e-mail: y.filatov@nc-vostnii.ru
Sementsov V.V., PhD (Engineering), Mining Geomechanical laboratory Head, e-mail: v.sementsov@nc-vostnii.ru
Prokopenko S.A., Doctor of Engineering Sciences, Professor, Leading Researcher, e-mail: sibgp@mail.ru
Petrov E.A., Doctor of Engineering Sciences, Professor, Dean, e-mail: isf@bti.secna.ru
Cehlar M., PhD (Engineering), Professor, Dean Faculty of Mining, Ecology, Process Control and Geotechnologies, e-mail: michal.cehlar@tuke.sk
Abstract
Presented as a promising for the Russian mines chamber-and-pillar system for the development of coal seams. The success of its use in foreign mines, provided by the active development of mining engineering and technical upgrading of faces, are shown. In particular, it was possible to increase the level of coal extraction from inter-chamber pillars to 90% or more while ensuring safety of work thanks to the use of modern mobile roof holders. Several promising designs of mobile roof holders for domestic mines are described. The necessity and directions for their further improvement are presented.
Keywords
Mine, Coal seam, Undeveloped deposit, Shearer, Roofing, Safety, Efficiency, Mobile roof holder, Construction, Improvement.
References
1. Yakovlev D.V., Baskakov V.P., Rozembaum M.A. & Kalinin S.I. K voprosu otrabotki udaroopasnyh ugol'nyh plastov korotkimi zaboyami [On shortwall mining of bump hazardous coal beds]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2015, No. 7, pp. 13-16. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/072015.pdf (accessed 15.06.2019).
2. Baskakov V.P., Rosenbaum M.A., Kalinin S.I., Sementsov V.V. & Dobrovol-skiy M.S. Otrabotka moshchnyh ugol'nyh plastov, opasnyh po gazodinam-icheskim yavleniyam, sistemoy korotkih zaboev [Thick seam mining unsafe gas-dynamic, system short working faces]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2015, No. 11, pp. 17-20. Available at: http://www.ugolinfo.ru/Free/112015.pdf (accessed 15.06.2019).
3. Filatov Yu.M., Sementsov V.V., Prokopenko S.A., Ermolaev A.M. & Sobolev V.V. Povyshenie effektivnosti i bezopasnosti otrabotki celikov pri kamerno-stolbovoy sisteme razrabotki ugol'nyh plastov [Efficiency and safety improvement of pillar recovery during room and pillar coal mining]. Ugol'- Russian Coal Journal, 2018, No. 12, pp. 16-20. Available at: http://www.ugolinfo.ru/ Free/122018.pdf (accessed 15.06.2019).
4. Lind G.H. Key success elements of coal pillar extraction in New South Wales. Journal of The South African Institute of Mining and Metallurg, 2002, pp. 199-205.
5. McTyer K. & Sutherland T. The Duncan Method of Partial Pillar Extraction at Tasman Mine. 11th Underground Coal Operators' Conference, University of Wollongong & the Australasian Institute of Mining and Metallurgy, 2011, pp. 8-15.
6. Howe L. A Decade of Mobile Roof Support Application in the United States. Paper in Proceedings. 17th International Conference on Ground Control in Mining, ed. by S.S. Peng (Morgantown, WV, Aug. 4-6, 1998). Dept. of Mining Engineering, WV Univ., 1998, pp. 187-201.
7. Wilson H.G. Mobile Roof Support for Retreat Mining. Paper in 10th International Conference on Ground Control in Mining, Proceedings, ed. by S. Peng (Morgantown, WV, June 10-12, 1991). Dept. of Min. Eng., WV Univ., 1991, pp. 103-114.
8. Prokopenko S.A., Kurzina I.A. & Lesin Yu.V. Prospects for improvement of mining machines' cutting picks. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2016, Vol. 124, No. 1. Article number 012134, pp. 1-5. doi: 10.1088/1757-899X/124/1/012134.
9. Jaya Bharath. Mobile roof supports (MRS). Available at: http://jaya-bharat. com (accessed 15.06.2019).
10. Stepanovich G.Ya. Shakhtnyye pnevmaticheskiye krepi [Mine pneumatic system]. Kyiv, Tekhnika Publ., 1981, 158 p.
11. Rakhutin V.S. Pnevmaticheskiye konstruktsii v gornom dele [Pneumatic constructions in mining]. Kyiv, Donetsk, Vyshcha shkola Publ., 1983, 152 p.
12. Howe L. Two Decades of Mobile Roof Support Applications. Available at: http://www.jhfletcher.com/articles/TwoDecadesOfMobileRoofSupports.pdf (accessed 15.06.2019).
13. Maleki H. & Owens J. Analysis of the interaction between mobile roof surrirts and mine strata. Available at: https://www.cdc.gov/niosh/mining/ UserFiles/works/pdfs/aotib.pdf (accessed 15.06.2019).
Бригада Игоря Малахова шахты имени А.Д. Рубана первой в СУЭК добыла с начала года 2 млн тонн угля
Бригада Игоря Малахова шахты имени А.Д. Рубана АО «СУЭК-Кузбасс» первой в Сибирской угольной энергетической компании добыла с начала года 2 млн т угля.
С начала 2019 года коллектив завершил отработку лавы № 812 на участке «Магистральный», выдав на-гора за 2,5 месяца более 810 тыс. т. В середине апреля на шахте введена в эксплуатацию новая лава № 814 на пласту «Полысаевский-2» с вынимаемой мощностью 4,7 м и запасами угля 5,2 млн т угля. Скоростной переход коллектива из лавы в лаву стал возможен благодаря опережающему монтажу 175 модернизированных секций крепи JOY RS47000/650. В лавный комплект также вошел новый очистной комбайн Eickhoff SL-900, способный добывать до 4000 т/ч угля.
Именно на комбайне такого типа бригада Героя Кузбасса Евгения Косьмина шахты имени В.Д. Ялевского установила в 2017 и 2018 гг. мировые рекорды добычи угля за месяц.
СУЭК
СИБИРСКАЯ УГОЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ КОМПАНИЯ
С учетом модернизации транспортной цепочки - полностью смонтирована напочвенная зубчатая дорога фирмы BECKER протяженностью 4 км, установлен более производительный лавный конвейер PF6/1142 - в оснащение новой лавы СУЭК вложила 1,4 млрд руб.
