Методика и проект шахтных испытаний экспериментального образца гидравлической выемочной машины Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© В.В. Мельник, 2002

УДК 622.234.5

В.В. Мельник

МЕТОДИКА И ПРОЕКТ ШАХТНЫХ ИСПЫТАНИЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОБРАЗЦА ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ВЫЕМОЧНОЙ МАШИНЫ

Э

^ кспериментальный

образец гидравлической выемочной машины, разработанный МГИ-МГГУ, б. ПО «Гидроуголь», ИГД им. А.А. Скочинского и СКБ завода «Гидромаш» был изготовлен на заводе «Гидромаш» [1, 2].

Стендовые и шахтные исследования экспериментального образца гидравлической выемочной машины проводились при непосредственном участии автора под руководством проф., докт. техн. наук Михеева О.В. (МГИ-МГГУ) и проф., докт. техн. наук Ат-рушкевича А.А. (СКБ завода «Гидро-маш-ВНИИгидроуголь») [3].

Целью шахтных испытаний экспериментального образца гидравлической выемочной машины является установление рациональных значений параметров разрушения угольного массива тонкоструйным исполнительным органом, при которых достигается максимальная производительность по добыче угля гидравлической выемочной машиной, а так же проверка ее работоспособности и надежности.

Основными задачами шахтных экспериментальных исследований являлись:

- установление рациональных значений гидравлических, технических и технологических параметров выемки угля;

- проверка работоспособности исполнительного органа и гидравлической машины в целом, в горно-геологических условиях пласта 26а шахты "Полосухинская";

- выявление преимуществ и недостатков конструкции выемочной машины и основных ее частей;

- проверка эксплуатационной надежности гидравлической выемочной машины;

- целевой хронометраж рабочего времени по технологическим

процессам выполняемым в забое;

- определение технико-

экономических показателей работы гидравлической машины (производительности);

- исследование влияния про-

цесса выемки на состояние кровли и почвы пласта;

- уточнение области применения гидравлической выемочной машины;

- определение правильности

технических решений конструкции гидравлической выемочной машины.

Горно-геологическая характеристика пласта 26а и вмещающих пород представлена в табл. 1.

Границы экспериментального участка и основание для разработки проекта подготовки и отработки

Проект на подготовку и отработку лавы № 26-25 пласта 26а разработан в соответствии с «Отраслевым координационным планом работ на конструирование, изготовление и испытания образцов новых изделий для угольной промышленности» и на основании «Инструкции по составлению проектов вскрытия и подготовки выемочных участков, подготовки очистных забоев, паспортов управления кровлей, проведения и крепления подземных выработок». Экспериментальная лава 26-25 имела следующие границы: на севере - монтажная камера; на юге - ходовая печь № 1; на востоке - аккумулирующий штрек № 26-25; на западе - вентиляционный штрек № 26-25.

Проектные показатели очистного забоя оборудованного гидравлической выемочной машины представлены в табл. 2.

Шахтные исследования технологии очистной выемки угля с экспериментальным образцом гидравлической выемочной машины предусматривалось провести в лаве 26-25 на

протяжении 270 м по длине выемочного столба.

Шахтные испытания экспериментального образца гидравлической выемочной машины проводились комиссией, назначенной приказом Генерального директора б. НПО "Про-копьевск-гидроуголь" № 67 от

19.07.88 г.

Испытание гидравлической выемочной машины производится в два этапа.

На первом этапе в короткой лаве длиной 8 м производилось освоение принципа работы выемочной машины, изучение взаимодействия ее основных узлов и частей: исполнительного органа о гидроподатчиками при перемещении струеформирующих устройств с заданной скоростью; гибких рукавов с исполнительным органом и гидропо-датчиками в процессе выемки. Одновременно отрабатывается организация работ и расстановка обслуживающего персонала, а также дополняются правила безопасности при применении гидравлической выемочной машины.

Устанавливаются рациональные параметры струеформирующих устройств, при которых достигается наибольшая производительность по выемке угля. Испытания проводились с креплением очистного забоя индивидуальной крепью по мере его под-вигания.

На втором этапе, в лаве длиной 30 м проводятся испытания выемочной машины с учетом параметров, установленных на первом этапе испытаний.

Программа исследований исполнительного органа гидравлической выемочной машины

Для установления рациональных параметров технологии выемки угля струеформирующими органами необходимо исследовать влияние комплекса факторов на производительность разрушения угля в режиме перекрещивающихся струй:

- природных (учет коэффициента крепости, трещиноватости и степени метаморфизма угля);

- гидравлических (начальное давление воды, диаметр тонкоструйных насадок);

- технических (начальное расстояние от тонкоструйных насадок до забоя, время воздействия

струй, углы воздействия струй в горизонтальной и вертикальной плоскостях, расстояние между осями тонкоструйных насадок и сочетание диаметров насадок);

- технических (величина захвата, режим разрушения угольного массива).

При проверке работоспособности исполнительного органа определяются:

- работоспособность вариантов исполнительного органа;

- недостатки конструкции, неполадки в процессе работы;

- хронометраж работ с фиксированием времени всех операций по выемке угля;

- форма и размеры вынимаемой за один цикл стружки угля;

- фиксирование состояния забоя и его конфигурации;

- влияние процесса выемки угля исполнительными органами на состояние кровли и почвы пласта;

- производительность и удельная энергоемкость процесса выемки угля каждым вариантом исполнительного органа.

В соответствие с работами [4-6] и собственными стендовыми и шахтными исследованиями [7], эффективность разрушения угольного массива тонкими струями воды в значительной степени зависит от поддержания минимального расстояния между насадкой и угольным массивом [7].

Это достигается прижатием струеформирующих устройств к груди забоя, в результате чего обеспечивается, как максимальная производительность выемки, так и постоянная величина отбиваемой стружки угля.

В ходе испытаний исполнительного органа, работающего в режиме перекрещивающихся струй необходимо экспериментально установить глубину обрушения угольного массива при неподвижных и подвижных струеформирующих органах от природных, гидравлических (Ро^о), технических (/0, бг, бв) и технологических факторов. С этой целью изменялись: начальное давление воды Р0 от 8,0 до 11,0 МПа с интервалом 1,0 МПа; диаметр тонкоотруйных насадок d0 от 0,006 до 0,012 м, с интервалом

0,002 м; начальное расстояние от

тонкоструйных насадок до угольного массива от 0,01 до 0,07 м с интервалом 0,01 м; угол воздействия струй в горизонтальной и вертикальной плоскостях от 30 до 900 с интервалом 20°; время воздействия струй от 0 до 180 с интервалом 30 с.

Методикой предусматривается следующая последовательность операций при определении рациональных значений начального давления воды и диаметра тонкоструйных насадок Р0 , d0, а затем начального расстояния от насадки до забоя /0, при установленном оптимальном значении начального диаметра насадок:

- на струеформирующие устройства исполнительного органа устанавливаются насадки диаметром 0,006 м;

- тонкоструйные насадки струеформирующих устройств устанавливаются под углом 300 в горизонтальной и вертикальной плоскостях;

- струеформирующие устройства устанавливаются в положение, при котором /0 = 0,01 м;

- с помощью задвижки устанавливается начальное давление воды Р0 = 8,0 МПа;

- струи воздействуют на угольный массив в течение 30 с;

- специальным щупом, металлической линейкой и рулеткой измеряются следующие величины: глубина разрушения угольного массива, глубина щелей (при отсутствии вырезания кусков угля), образованных перекрещивающимися струями.

Результаты замеров по определению рациональных значений начального давления воды и диаметра тонкоструйных насадок и по определению рациональных значений начального расстояния от насадок до забоя и времени воздействия струй заносятся в специальные таблицы.

Профили забоя, отдельные вы-колы и каверны фиксируются в специальном журнале.

По указанной последовательности операций, изменяя каждый из факторов Р0, d0, /0, бг, бв, t в указанном диапазоне при фиксированных значениях остальных показателей, устанавливаются рациональ-

ные значения этих факторов и их сочетания, при которых значения глубины разрушения будет максимальным, при отсутствии перемещения струеформирующих устройств.

На следующем этапе экспериментально устанавливалась глубина разрушения угольного массива при изменении скорости перемещения струеформирующих устройств от 0,2 до 2,0 м/мин с интервалом 0,2 м/мин в зависимости от природных, гидравлических технических и технологических факторов.

Последовательность определения рациональных значений гидравлических, технических и технологических факторов при различной скорости перемещения струеформирующих устройств для получения максимальной глубины разрушения угольного массива аналогична указанной выше.

Основные технико-

экономические показатели экспериментальной лавы №26-25 представлены в табл. 3.

Экспериментальная лава 26-25 пласта 26а была подготовлена к выемке угля вентиляционным штреком № 26-25 и аккумулирующим штреком № 26-25, пройденными по север от ходовой печи №

1.

Вентиляционный штрек № 2625 имеет сечение в проходке - 8,16 м2, в свету - 7,84 м2 и был закреплен анкерной крепью под металлические баклуши с перетяжкой по всему своду выработки панцирной сеткой с "отбросом" через 1,0 м. Длина анкерных болтов 1,6 м, тип ШК-1. Вентиляционный штрек служил для выдачи из лавы исходящей струи воздуха, подвода технической воды, доставки оборудования и материалов и прохода людей.

Аккумулирующий штрек № 26-25 пройден и закреплен по аналогии с вентиляционным штреком и предназначен для подачи в лаву свежей струи воздуха, гидротранспорта угля, подвода технической воды, доставки оборудования и материалов, прохода людей.

В вентиляционном и аккумулирующем штреках смонтирован водо-

Таблица 1.

Качественная характеристика показателей Характеристика Значения показателей

Марка угля Ж1Ж 26

Наименование пород:

основной кровли: фИЗ! влйрййт Н!руИЭБСК Аея1козернт®тЗк85 дн^еЭЗубтойчив о -

сти

непосредственной кровли: алевролит мелкозернистый, слоистый, на контакте с углем

слабой устойчивости

ложной кровли: переслаивание алевролита, аргиллита и угля, обрушаю-

щихся вслед за выемкой угля

непосредственной почвы: алевролит мелкозернистый, средней устойчивости

основной почвы: алевролит крупнозернистый, устойчивый

Устойчивость:

основной кровли: средней устойчивости, Ш класса

непосредственной кровли: средней устойчивости, II класса

почвы: средней устойчивости, II класса

Наличие геологических нарушений нет

Опасность пласта:

по пыли: опасен

по горным ударам: угрожаемый с глубины150 м

по внезапным выбросам: не опасен

по склонности к самовозгоранию: опасен (I гр.)

Угол падения пласта, град. о 5 2 - о 5

Мощность пласта, м:

общая 2,2-2,4

вынимаемая 2,4

в т.ч.породных прослойков (включения колчеданов встречаются редко) 0,05-0,15

Коэффициент крепости угля по шкале проф.М.М. Протодьяконова:

породных прослойков 0,8-1,0

основной кровли 4

непосредственной кровли 4-6

ложной кровли 4-5

непосредственной кровли 4

основной почвы 4

включений колчеданов 5-6

Мощность, м: 8-10

основной кровли 20

непосредственней кровли 6

ложной кровли 0,2

непосредственной почвы 4-6

основной почвы 15-25

Сопротивляемость угля резанию, Н/см 125

Глубина разработкам 100-150

Зольность,% 15

Объемный вес угля, т/м3 Слабообводненный, обводненный 1,27

Обводненность, м3/ч

Таблица 2

Параметры Характеристика

Система разработки Направление отработки выемочного поля Направление движения забоя Способ управления кровлей Способ выемки угля Способ доставки угля по лаве Тип выемочной техники Тип исполнительного органа Длинные столбы по простиранию Прямое По простиранию Полное обрушение Гидравлический, фронтальный, перекрещивающимися струями Гидротранспорт по почве пласта Гидравлическая выемочная машина Струеформирующие коробки, установленные вдоль лавы

водный став из труб диаметром 0,146-0,219 м.

Монтажная камера проводилась сечением в проходке - 8,16 м2 в свету -7,84 м2 с анкерным креплением и металлической сетчаткой затяжкой кровли.

Все подготовительные выработки и монтажная камера проводятся комбайном К-56МГ и КПА с транспортировкой горной массы гидротранспортом по желобам, уложенным по почве выработок.

Проветривание подготовительных выработок осуществлялось вентиляторами местного проветривания.

Балансовые запасы по экспериментальному участку следующие:

Аб = 33 • 270 • 2,4 -1,3 = 27,8 тыс. т

Потери у разрезной печи для гидравлической машины равняются:

П = 36 -10 • 2,4 -1,3 = 1,12 тыс т

Итого эксплуатационные потери по выемочному участку составляют:

%П = — = 4,0%

27,8

Утвержденные на 1988 год потери при системе КСО по выемочному участку - 20.8%, а по шахте "Полосу-хинская" - 21,0%

Монтаж гидравлической выемочной машины производится в монтажной камере в следующей последовательности.

Перед началом работ по монтажу оборудования производится осмотр горных выработок, по которым будут транспортироваться отдельные сборочные единицы и детали к месту их установки. При необходимости производилась разборка узлов машины на сборочные единицы и детали удобные для спуска в шахту и транспортирования по выработкам.

Погрузка оборудования на поверхности, спуск его по бремсбергу и доставка к месту установки производилась в такой последовательности, чтобы расположение сборочных единиц и деталей выемочной машины после их разгрузки на месте установки было удобным для сборки.

Разгрузками монтаж отдельных элементов машины на месте установки производится с помощью талей и лебедок.

Монтаж гидравлической машины велся параллельно в аккумулирующем и вентиляционном штреках.

При этом соблюдалась следующая последовательность выполнения монтажа:

- распорной стойки, состоящей из гидроцилиндра, корпуса и штока, которая через болтовое соединение закрепляется в опорах, а также распределение управления;

- цепного податчика, включающего блоки гидроцилиндров, раму, захват цепи и крепежные детали;

- цепи;

- податчика, состоящего из гидроцилиндра с гибким штоком, который крепится к секциям опор через хомуты и болтовые соединения;

- гибкого водовода, включающего рукавоукладчики, хомуты и рукава, высокого давления;

- выемочного органа, состоящего из рамы, струеформирующих коробок, соединенных между собой цепью; рукавов закрытых ограждениями;

- задвижки с сигнализацией;

- гидрораспределителей управления и маслостанции.

Для отработки лавы № 26-25 принята система разработки длинными столбами по простиранию без крепления очистного пространства и управления кровлей полным обрушением.

Поскольку гидравлическая выемочная машина предназначена для отработки тонких и весьма тонких пластов, а пласт 26а имеет мощность 2,2-2,4 м, поэтому принята технология очистной выемки угля с использованием:

- гидравлической выемочной машины, обеспечивающей выемку пачки пласта мощностью 1,0 м;

- гидромониторов 12 ГД-2, обеспечивающих выемку оставшейся пачки угольного пласта.

Вначале гидравлической выемочной машиной производилась выемка угольной пачки (1 м от почвы пласта), а затем гидромониторами производится отбойка оставшейся части пласта. Выемка угля гидравлической выемочной машиной производится следующим образом.

Раскрепив распоры в аккумулирующих и вентиляционных штреках подается звуковой сигнал и

производится подача высоконапорной воды в струеформирующие устройства исполнительного органа. Вода в подводящих каналах и насадках исполнительного органа формируется в тонкие перекрещивающиеся струи осуществляющие выемку вырезанием из угольного массива кусков угля заданной крупности.

Гидравлические передвижчики осуществляют перемещение исполнительных органов вдоль лавы и одновременное прижатие струеформирующих устройств к массиву для обеспечения максимальной производительности машины. После подвигания лавы на 10 м производится перемещение распоров и гидравлических податчиков в вентиляционном и аккумулирующем штреках.

Выемка оставшейся пачки угля производится гидромониторами установленными на сопряжения лавы с вентиляционным и аккумулирующим штреками. После этого выемочный цикл повторяется.

В технологический цикл по выемке угля входят следующие операции: распрекрепление в аккумулирующем и вентиляционном штреках распоров; выемка угля исполнительным органом гидравлической машины; подача исполнительного органа на забой с одновременным прижатием; возврат исполнительного органа в исходное

Таблица 3

Показатели Значение

Проектная длина выемочного столба, м 270

Ширина вынимаемой полосы, м 0,137

Вынимаемая мощность пласта, м 2.4

Вид транспорта угля по лаве Самотечный гид-

ротранспорт

Проектная нагрузка на забой, т/сут

при 2-х сменном режиме работы 626

при 3-х сменном режиме работы 939

Количество выходов за сутки по очистному

забою:

при 2-х сменном режиме работы 26

при 3-х сменном режиме работы 32

Списочный штат рабочих:

при 2-х сменном режиме работы 29

при 3-х сменном режиме работы 36

Производительность ГРОЗ, т/смен

т/вых - при З-х сменном режиме работы 24,1

т/сут - при 3-х сменном режиме работы 29,3

Эксплуатационные потери, % 4,0

положение; выемка оставшейся пачки угля гидромониторами 12ГД-2; крепление сопряжении лавы со штреками; перемещение оборудования по вентиляционному и аккумулирующему штрекам, сокращение трубного става и желобов.

Выемка угля мониторами производится с аккумулирующего и вентиляционных штреков по принятой на шахте технологии.

Формой организации работ в лаве 26-25 является комплексная

бригада, выполняющая все основные и вспомогательные операции.

Расстановка членов звена по рабочим местам осуществляется следующим образом.

Перемещение выемочного органа вдоль лавы с одновременной выемкой угля осуществляет оператор, находящийся у регулятора податчика в вентиляционном штреке. Оператор следит за положением исполнительного органа в забое по раздвижке штока гидроцилиндра податчика и производит переклю-

чения. Кроме того, следит за состоянием высоконапорных рукавов.

Открытие задвижек на высоконапорных ставах и переключение распределителей цепных податчиков осуществляют операторы находящиеся один в вентиляционном и один в аккумулирующем штреках.

В данной работе представлена методика и проект шахтных испытаний экспериментального образца гидравлической выемочной машины на шахте «Полосухинская» б. НПО «Прокопьевскгидроуголь».

1. Создать и внедрить гидравлический агрегат для добычи угля из тонких и весьма тонких пластов с углами падения до 35°. Отчет о НИР / ИГД им. А.А. Скочинского. Руководитель Кузьмич И.А. - М., 1986. - 53 с.

2. Создать и внедрить гидравлический агрегат для добычи угля из тонких и весьма тонких пластов с углами падения до 35°. Отчет о НИР / МГИ. Руководитель Михеев О.В. - М. 1986. -91 с.

3. Мельник В.В. Результаты стендовых и шахтных исследований экспериментального образца гидравлической выемочной машины. - М.: Изд-во МГГУ, ГИАБ - №5, 2002.

4. Лурий В.Г. Разработка локальных гидрокомплексов для добычи угля в сложных условиях. Дис. ... докт. техн. наук -

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

М.: МГИ, 1990. - 48 с.

5. Атрушкевич А.А. Разработка гибких технологических схем, технологии и техники для гидрошахтного уровня. - Дис. ... докт. техн. наук. - М.: МГИ, 1989. - 27 с.

6. Михеев О.В. Интенсификация подземной добычи угля на основе создания малооперационых технологий и автоматизированных процессов. - Дис. . докт. техн. наук. - М.: МГИ, 1987. - 206 с.

7. Мельник В.В. Обоснование параметров технологии очистной выемки угля агрегатами на гидрошахтах. Дис. . канд. техн. наук. - М.: МГИ, 1987. - 206 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Мельник Владимир Васильевич — доцент, кандидат технических наук, кафедра «Подземная разработка пластовых месторождений», Московский государственный горный университет