CC BY
26
III. Технологические вопросы безопасности
горных работ
Ю.М. Филатов
канд. техн. наук, советник генерального директора ОАО «НЦ ВостНИИ»
УДК 622.232.72-118:51.001.57
О ВОЗМОЖНОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА «ОЧИСТНЫЕ РАБОТЫ» С МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ВЫЕМКОЙ УГЛЯ АГРЕГАТАМИ 1АЩМ
Описывается практика применения механизированной выемки угля агрегатом 1АЩМ при щитовой системе разработки крутопадающих пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения Кузбасса и возможность математического описания данного технологического процесса.
Ключевые слова: МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС, ОЧИСТНЫЕ РАБОТЫ, ЩИТОВАЯ СИСТЕМА, МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ АГРЕГАТЫ
Среди распространенных и вместе с тем наиболее эффективных и безопасных методов разработки крутопадающих пластов Прокопьевско-Киселевского района Кузбасса щитовая система разработки с применением механизированной выемки угля с помощью угледобывающих агрегатов занимает особое
место. Одним из таких агрегатов является щитовой агрегат 1 АЩМ. Щитовой агрегат 1АЩМ предназначен для отработки пластов угля мощностью 1,2-2,2 м, с углами падения свыше 45°, при бо-ковых породах не ниже средней устойчивости.
Агрегат 1АЩМ (рисунок 1) состоит из механизированной кре-пи 1, кон-вейероструга 2, гибкого перекрытия 3, электро- или пневмооборудова-ния, гидрооборудования и насосной станции.
Механизированная крепь 1 агрегата оградительно-поддержи-вающего типа обеспечивает с помощью гидростоек распор в поро-дах кровли и почвы пласта и управление горным давлением, а так-же размещение под ней конвейероструга. Конвейероструг 2 подвешивается шарнирно к секциям подвес-ки через каждые 6 м по длине очистного забоя. Он представляет собой выемочно-доставочную машину
фронтального действия. Гибкое перекрытие состоит из основы переплетенных метал-лических полос площадью сечения 50x3,5 мм и двухрядной метал-лической сетки с ячейкой 20x25 мм, монтируется над секциями крепи. Оно предназначено для предотвращения прорыва обрушенных горных пород в рабочее пространство забоя и ограждения работаю-щих при демонтаже агрегата. Отработка выемочных столбов в пределах выемочного поля может производиться по трем технологическим схемам: с приме-нением одинарных (рисунок 2,А), сдвоенных (рисунок 2,Б) и строенных (рисунок 3) агрегатов 1АЩМ в одном очистном забое. Критерием вы-бора технологической схемы являются устойчивость пород кровли пласта, отсутствие непереходимых геологических нарушений и отсутствие подработки вышележащих сближенных пластов угля крутого падения.
1 - механизированная крепь; 2- конвейероструг; 3 - гибкое перекрытие
Рисунок 1 - Щитовой агрегат 1АЩМ
А - с одним агрегатом; Б - с двумя агрегатами
Рисунок 2 - Технологические схемы отработки выемочных столбов с применением щитовых агрегатов 1АЩМ
Рисунок 3 - Технологическая схема отработки выемочного столба с тремя агрегатами 1АЩМ
Сопряжение (связь) двух агрегатов представлена на рисунке 4. Выемка угля под каждым агрегатом 1АЩМ (рисунки 2,А и 2,Б) может производиться одновременно. Перемещение агрегата из одного рабочего состояния в дру-гое (рисунок 5) осуществляется путем механизированной выемки опорного целика угля за три приема: выемка угля из зарубной щели, выемка угля со стороны кровли пласта, выемка угля со сторо-ны почвы пласта. В начале добычной смены по сигналу помощника машиниста выемочных машин (осмотр агрегата завершен) машинист выемочных машин включает двигатель кон-вейероструга и насосную станцию СНУ-5. Конвейероструг с помощью гидродомкратов, устанавливаемых помощником, подается на забой и производится зарубка исполнительного органа (рисунок 5) в середине пласта на полный ход гидродомкрата в подаче (700 мм). После окончания работ по выемке угля из зарубной щели машинист выемочных машин устанавливает рукоятку гидродомкратов в положение «отвод», конвейероструг домкратами качения 5 (рисунок 6) подается к кровле пласта, а затем рукоятки гидроблоков устанавливаются в положение «отбойка» и производится выемка уг-ля со стороны кровли пласта (рисунок 5). После выемки угля со стороны кровли пласта машинист выемочных машин, закончив осмотр агрегата, устанавливает рукоятки гидродомкратов в положение «отвод», конвейероструг домкратами качения 5 (рисунок 6) подается к почве пласта, затем рукоятки гидроблоков устанавливаются в положение «отбойка» и производит-ся выемка угля со стороны почвы пласта (рисунок 5). По оконча-нии выемки угля со стороны почвы пласта машинист выемочных машин произво-
а - из зарубной щели; б - со стороны кровли пласта; в - со стороны почвы пласта
Рисунок 5 - Выемка опорного целика угля за три приема
дит переключение гидроблоков и осуществляет подъем конвейероструга в положение (рисунок 6, а), а затем посадку крепи (рисунок 6, б) частями по 20-35 секций без потери кон-такта секций крепи с боковыми породами путем снижения давления в гидростойках 2 (рисунок 6). После посадки крепи проводится рас-пор секции крепи - перекрытия 3 и основания перекрытия 6 (рисунок 6) между кровлей и почвой пласта гидростойками при давлении 18 МПа. При дальнейшей работе в очистном забое все вышепроизводимые технологические операции повторяются, т.е. выемка угля в очистном забое подчиняется цикличной организации производства.
Таким образом, рассмотренная структурно-технологическая схема выемки угля из очистного забоя с применением щитовых агре-гатов АЩМ позволяет сделать вывод, что технологический процесс «очистные работы» в общем виде можно математически описать:
А,=Ы ПАК , т/сут. (1)
АЩМ агр. ц ц г.агр.' * х '
где Ыар - количество агрегатов, размещенных в очистном забое, шт.;
П - число циклов за сутки, цикл;
ц
А - добыча угля за цикл, т;
ц
Кгагр ~ коэффициент готовности агрегатов к выемке угля.
Техническая характеристика агрегата 1АЩМ: Тип крепи - оградительно-поддер-живающая. Раздвижность крепи, м - 1,0...2,2. Шаг посадки, м - 0,7.
Добыча угля за цикл А определяется параметрами агре-гата: длиной, шагом зарубки в пласт (рисунок 5), раздвиж-
ц
ностью крепи (рисунок 1), т.е. мощностью отрабатываемого пласта, плот-ностью угля в целике и потерями угля при его выемке:
Л = 1агртг1с, Т/ЦИКЛ, (2)
где ¡арр - конструктивная длина агрегата 1АЩМ, м; ¡арр = 40.60; т - мощность отрабатываемого пласта, м; т = 1,0.2,2; г - шаг перемещения агрегата за цикл, м; г = 07; у - плотность угля в целике, т/м3;у =1,3.1,4;
с - коэффициент, учитывающий потери угля по мощности пласта; с = 0,97.
Количество циклов пц в единицу времени (сутки) определяется числом рабочих смен по добыче угля, продолжительностью рабочей смены, затратами рабочего времени на выполнение работ, не зависящих от объема добычи угля (приемка и сдача смены), на личные надобности горнорабочих в течение рабочей смены и продолжительностью цикла:
КАТСМ. ^ пр.см. ^л.н.)
пц =---, ЦИКЛ, (3)
ч
где Ысм - число рабочих смен по добыче угля в течение суток, смена; Тм - продолжительность рабочей смены, мин; ¿щ,см - затраты рабочего времени на приемку и сдачу смены, мин;
- регламентированное рабочее время на личные надобности горнорабочих очистного забоя в течение смены,
мин;
Т - продолжительность цикла, мин.
ц
После подстановки найденных значений (2), (3) в выражение (1) получено математическое описание технологического процесса «очистные работы» при щитовой системе с механизированной выемкой угля агрегатами 1АЩМ:
. Л7- ^ пр.см. ^л.н^агр.^^У^^гмгр. .
ААЛЩ = Магр.-^-. Т/С/Т. (4)
Ч
Для обеспечения процесса «очистные работы» при щитовой системе с механизированной выемкой угля агрегатами АЩМ горнорабочие очистного забоя выполняют:
1 Работы, не зависящие от объема добычи угля, именуемые подготовительно-заключительными операциями, и включающие:
• осмотр рабочего места и приведение его в рабочее сос-тояние с правкой предохранительной решетки над угле-спускным скатом перед выемкой угля из зарубной щели, со стороны кровли и почвы пласта, перед посадкой и после посадки агрегата на целик угля;
• растягивание кабеля для бурения шпуров по откосам очистного забоя;
• доставка под агрегат сверла, буровых штанг и инструмента;
• уборка из-под агрегата сверла, буровых штанг и инструмента;
• сматывание и уборка кабеля.
2 Работы по исполнению основных операций процесса «очистные работы»:
• управление конвейеростругом при выемке угля и транспортировке угля из зарубной щели, со стороны кровли и почвы пласта;
• управление посадкой агрегата на вновь образуемый опорный целик угля.
3 Работы по исполнению вспомогательных операций процесса «очистные работы»:
• смена зубков конвейероструга в процессе выемки угля;
• выравнивание секции крепи после посадки агрегата;
• подтягивание кабеля, переноска сверла и штанг в процессе бурения шпуров в откосах очистного забоя;
• изготовление и подноска водяных ампул и пыжей из глины;
• смена коронок в процессе бурения шпуров;
• участие в заряжании шпуров.
В процессе выполнения технологического цикла возникают перерывы в работе, связанные:
• со взрыванием шпуров и проветриванием забоя, обменом состава, груженного углем, именуемые технологические перерывы;
• с отдыхом в процессе выполнения основных и вспомогательных операций технологического цикла.
Кроме того, в процессе работы происходит удлинение продолжительности цикла из-за простоев, связанных с посещением рабочих мест лицами администрации шахты, участкового и вентиляционного надзора шахты, горнотехнической инспекции, а также с устранением мелких аварийных ситуаций, ликвидация которых требует дополнительных затрат рабочего времени на восстановление производственного процесса «очистные работы». Оценка вышеназванных простоев характеризуется коэффициентом готовности технологической схемы по добыче угля.
Таким образом, продолжительность цикла математически описывается:
^(^зар.^ ¿отб. ^зач. ^¿выр.крепи ¿в.в. ^пос.агр. ~^~(1-Кг)], МИН, (5)
где ?- затраты рабочего времени на выполнение подготовительно-заключительных операций, мин;
?т - затраты рабочего времени на технологические перерывы, связанные с взрыванием и проветриванием при выемке угля в откосах и между агрегатами с помощью ВВ, на обмен состава, груженного углем, мин; ¡зар - затраты рабочего времени на выемку угля в зарубной щели, мин; ¡отб - затраты рабочего времени на отбойку угля со стороны кровли и почвы пласта, мин; ¡зач - затраты рабочего времени на зачистку почвы, мин;
t - затраты рабочего времени на выравнивание крепи после посадки агрегата, мин;
выр. крепи 11 1 1 1 1-1111
- затраты рабочего времени на выемку угля в откосах и между агрегатами буровзрывным способом, мин; ¡„»с агР - затраты рабочего времени на посадку агрегата, мин;
Ко - коэффициент, учитывающий дополнительные затраты рабочего времени на отдых в процессе выполнения /'-тых основных и вспомогательных операций;
Кг - коэффициент готовности технологической схемы к выполнению /'-тых основных и вспомогательных операций технологического цикла.
Затраты рабочего времени на выполнение подготовительно-заключительных операций з определяются:
^ п.3. ~ 3 ¿осм.вые./и. 1осм.пос.> МИН, (6)
где выем - затраты рабочего времени на один осмотр забоя и приведение его в безопасное состояние перед выемкой угля из зарубной щели со стороны кровли и почвы пласта с заменой зубков, мин; t = 0,375 I ;
1 1 11 осм. выем. ' агр.
¡осмпос - затраты рабочего времени на один осмотр механизированной крепи перед посадкой и после посадки агрегата, мин; t = 0,2 I
' осм.пос. ' агр.
г = 3- 0,375 1агр +2-0,2 =1,525 1агр , мин. (7)
Затраты рабочего времени на технологические перерывы 1т. п. определяются:
^езр. ¿обм., (8)
где ¡взр - затраты рабочего времени, связанные со взрыванием и проветриванием при выемке угля в откосах агрегата
на ВВ, мин; t =11 + 0,31 ;
взр. агр.
?обм - затраты рабочего времени на обмен состава, груженного углем, мин;
/ туе
Ъбм. =-:-^оап , МИН, (9)
Пеёе
где „е - число шахтных вагонеток в составе, шт.; ge - масса угля в одной шахтной вагонетке, т; ¡осп, - время обмена одного состава, груженного углем, мин.
I тг]с
^.„. = 11+0,3/^.+ ^-^ост , мин. (10)
Пе£в '
Учитывая, что зарубка конвейероструга 1зар. на полный ход домкратов подачи и отбойка угля конвейеростругом со стороны кровли и почвы пласта производится волнообразно, последовательными и кратковременными включениями домкратов подачи качения на величину подачи 90-100 мм на участке длиной 6,0 м, определяемом расстоянием подве-
ски домкратов подачи качения конвейероструга, затраты рабочего времени на выполнение вышеназванных операций технологического цикла определяются из следующих выражений:
I Г
^ = (11) под. уч.
I (т - 0,7)
Ътб =--Ь.отв. ■ МИН> (12)
под. уч.
где ¡ар - длина агрегата (очистного забоя), м; г - шаг посадки агрегата за цикл, м; г =0,7;
¡под - шаг подачи конвейероструга на зарубку или отбойку, м; ¡под = 0,1; I - длина участка, отрабатываемая при включении каждого из домкратов, м; ¡уч = 6,0;
Кар, 1тпб - затраты рабочего времени на включение и выключение домкрата подачи на глубину 100 мм зарубки или отбойки, мин; t , t =0,1.
1 зар.' ото. '
/ -0,7
Ьар.= п л _ А • 0,1 = 0,117/ , мин; (13)
0,1 • о,I)
/ -(да-0,7)
10тв= ^ -0,1 = 0,167/ (да -0,7), мин. (14)
0,1 • 6,0
Затраты рабочего времени на зачистку почвы I~, по данным хронометражных наблюдений, равны:
1зач. = 0,2 1агр , МИН. (15)
В процессе выемки угля в очистном забое агрегатами 1АЩМ возникает необходимость выравнивания секции крепи после посадки:
^выр.крепи = 0.2 1агр, МИН. (16)
Затраты рабочего времени на выемку угля в откосах на ВВ:
~ зар.шпура ^бур.итура > МИН, (17)
где 4 - число шпуров, пробуриваемых в откосах;
t - затраты рабочего времени на заряжание шпура, мин; t = 1,4;
зар.шпура 1 1 1 1 1 1 зар.шпура '
4 - затраты рабочего времени на бурение одного шпура, мин; tбур.шпура 4 =1,0;
оур.шпура I I I ./ I гп ./111./1./1 оур.шпура '
=4-1,4+4-1,0 =9,6 мин. (18)
Затраты рабочего времени на посадку агрегата ^осагр на вновь образуемый опорный целик угля, по данным хрономе-тражных наблюдений, равны:
кос.агр.= 8 МИН. (19)
После подстановки найденных значений в выражение (5) получено:
/ тле
Тц =1,525 1агр+ 11 + 0,31состава +[0,117/ + 0,167/ (т - 0,7) +0,2 /^ +
Пе8е
+0,2 /^ +9,6 +8,0]-(1+Ко) [1+(1-#г)], мин. (20)
После подстановки значения (20) в выражение (4) получено математическое описание технологического процесса «очистные работы» с механизированной выемкой угля агрегатами 1АЩМ:
^агр.^см.^см. ~Кр.см. ~ <Л.Н.)1агр.тГ1сКг.агр.
л __игр. см. V см. пр.см. л.н.у агр. ^ г.агр.
аащм - 1 (21)
яр."1'-
П 2
во в
АЩМ ~ I тле
11 + 1,825/^+^^ет. + (17,6 + 0,4/^+0,167ш/^)(1 + К0)[1 + (1-К0)]
Для принятия решения о нагрузке на очистной забой в единицу времени при щитовой системе с механизированной выемкой угля агрегатами 1АЩМ в первую очередь в каждом конкретном случае определяются значения параметров, входящих в формулу (21):
1. Количество агрегатов, размещенных в очистном забое N определяется состоянием нарушенности пласта, отсутствием подработки вышележащего пласта и может изменяться от 1 до 3 агрегатов.
2. Число рабочих смен по добыче угля N в течение суток, продолжительность рабочей смены Тсм определяются режимом работы очистного забоя и, как правило, они принимаются
N = 3; Т = 360 мин.
см ' см
3. Затраты рабочего времени на приемку и сдачу смены ?прсм, регламентированное рабочее время на личные надобности горнорабочих очистного забоя в течение смены (дн определяются нормативными документами по труду и равны:
t = 10 мин; t = 10 мин.
пр.см ' л.н.
4 Длина агрегата ¡агр определяется длиной агрегата в поставке:
I = 40; 60 м.
агр
5 Мощность отрабатываемого пласта т определяет-ся раздвижностью крепи и равняется 1,2.2,2 м;
6 Шаг перемещения агрегата за цикл г равен 0,7 м.
7 Коэффициент с, учитывающий потери угля по мощности пласта, равен 0,97;
8 Коэффициент готовности агрегатов к выемке угля Кгаггр определяется хронометражными наблюдениями и равен:
• при одном агрегате в очистном забое К.арр = 1,0;
• при двух агрегатах в очистном забое К. арр = 0,92;
• при трех агрегатах в очистном забое Кгаггр = 0,8.
9 Число шахтных вагонеток в составе пв определяется длиной разминовки и длиной шахтной вагонетки. При длине разминовки 70 м пе = 20 вагонеток.
10 Масса угля в одной шахтной вагонетке gв определяется ее вместимостью и равна gв = 2,7 т.
11 Время обмена одного состава, груженного углем, tcосm, по данным хронометражных наблюдений, определяется продолжительностью маневровых работ у погрузочного пункта и равно tсо¡ш = 15 мин.
12 Коэффициент, учитывающий дополнительные затраты рабочего времени на отдых в процессе выполнения /'-тых основных и вспомогательных операций технологического цикла Ко равен нулю, так как продолжительность технологических перерывов tmn и обмена составов, груженных углем, в течение рабочей смены Тм превышает 10 %-ный норматив оперативного времени на отдых.
13 Коэффициент готовности технологической схемы к выполнению /'-тых основных и вспомогательных операций технологического цикла К, по данным хронометражных наблюдений, равен 0,96.
Таким образом, разработанные модели математического описания технологического процесса включают технологические и горно-геологические факторы, конструкции применяемых крепей и обеспечивают рациональное использование технологических возможностей очистного забоя, средств и предметов труда, размещаемых в очистном забое и прилегающих к нему горных выработках, горнорабочих очистного забоя с учетом соблюдения правил техники безопасности и правил технической эксплуатации при сочетании всех важнейших принципов эффективной организации производства и регламентированной системы взаимодействия всех производственных звеньев.
ON POSSIBILITY OF TECHNOLOGICAL PROCESS «EXTRACTION Филатов Юрий Михайлович
WORKS» WITH MECHANIZED COAL EXTRACTION BY 1ASCHM тел. 89069877448
AGREGATES MATHEMATICAL DESCRIPTION
Yu. M. Filatov
Usage practice of mechanized coal extraction with 1ASCHM aggregate at
shield working system of steep seams of Prokopievsk-Kiselevsk fields of
Kuzbass and possibility of mathematical description of this process.
Key words: MATHEMATICAL DESCRIPTION, TECHNOLOGICAL
PROCESS, EXTRACTION WORKS, SHIELD SYSTEM,MECHANIZED
AGREGATES
105
