CC BY
32
СЕМИНАР 13
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
© В.И. Клишин, 2001
УДК 622.267.2
В.И. Клишин
ПОДЗЕМНАЯ РАЗРАБОТКА МОЩНЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ С РЕГУЛИРУЕМЫМ ВЫПУСКОМ ПОДКРОВЕЛЬНОЙ ТОЛЩИ
П
ри отрабогтке мощных пластов угля взамен традиционного разделения их на наклонные слои, применяются технологии разработки с выпуском угля подкровельной или межслоевой толщи. Эти технологии предусматривают использование горного давления и силы тяжести для сокращения затрат на добычу [1, 2]. Для реализации таких технологий предложены и созданы механизированные комплексы, обладающие дополнительными функциями по управлению извлечением угля, находящегося над крепью или обрушающе-гося позади нее.
Наряду с очевидными при-имуществами данной технологии, известны и трудности ее реализации. В первую очередь это относится к требованиям полноты выпуска угля и механизации работ по его осуществлению, обеспечивающей надежность, безопасность и эффективность работы очистного забоя. Кроме того, при выпуске угля происходит перемешивание его с обрушенными породами кровли, что повышает зольность. Это потребовало геомеханическое обоснование и изучение процесса выпуска угля через выпускные окна в секции механизированной крепи на основе существующих теоретических положений выпуска
сыпучих тел через отверстия. При этом следует рассматривать варианты предварительного принудительного разрушения и дробления угля в подкровельной пачке, а затем организованной его выпуск через окна на транспортное средство, расположенное в подсечном слое.
Анализ известных работ в этой области свидетельствует, что при образовании множества индивидуальных потоков угля происходят большие потери его в межслоевой толще за счет перемешивания с обрушенными породами. Захват потоками угля пород кровли из приграничной зоны ведет к повышению зольности, увеличению трудоемкости управления движущимся потоком из очистного пространства.
Исследованиями геомеханиче-ских процессов при выпуске сыпучего материала, проведенными в ИГД СО РАН [3] установлено, что если выпускные отверстия рассредоточить по площади, а расстояние между центрами подобрать таким образом, чтобы зоны потока пересекались, то при одновременном дозированном выпуске сыпучего материала в пространстве над выпускными отверстиями образуется единый поток движущегося сыпучего мате-риаЕали выпускные отверстия расположены на одной прямой, то в нижней части поток по форме представляется в виде овала (эл-
липса), постепенно переходящего в круг на высоте, ориентировочно равной расстоянию между крайними выпускными отверстиями. Если выпуск вести из каждого выпускного отверстия одновременно, то в пространстве над этими отверстиями образуется несколько (согласно количеству выпускных отверстий) разрозненных зон потоков. Суммарная площадь полученных зон потоков на любой высоте будет значительно меньше зоны потока при одновременном выпуске.
Кроме того, когда расстояние между выпускными отверстиями меньше зоны потока и зоны потоков смежных отверстий пересекаются между собой, то при разновременном выпуске из смежных выпускных отверстий происходит перепуск сыпучих материалов. Тогда в соседнюю зону потока вовлекаются обрушенные породы, они перепускаются в зону потока, в котором ведут выпуск, что приводит к преждевременному засорению обрушенными породами и потерям угля.
Используя вышеуказанные закономерности, предложено техническое решение, предусматривающее управление процессом перемещения самообрушившегося угля над секциями механизированной крепи за счет принудительного, одновременного выпуска угля регулируемыми по производительности питателями на один забойный скребковый конвейер. Регулируемый, дозированный выпуск позволяет создать общий поток угля над механизированным комплексом, что обеспечивает полноту выемки угля и снижение его разубоживания. Кроме того, это позволяет управлять загрузкой лавного конвейера и не использовать дополнительного конвейера, усложняющего технологию и весь комплекс работ, особенно на сопряжении лавы с подготовительными выработками.
Рис. Схема регулируемого дозированного выпуска межслоевой толщи угля: а) схема взаимного расположения оборудования в забое; б) схема формирования одновременного потока над выпускными окнами с помощью вибрационного разрушения и управляемого выпуска
Мощный угольный пласт 1, его слоевую толщу 2, вынимают агрегатом 3 с секционной механизированной крепью 4, каждая секция которой выполнена с устройством
5 для выпуска самообрушившего-ся угля 6 из межслоевой толщи 7 над секциями механизированной крепи 4 (рис. 1). Пунктирными линиями 8 показаны индивидуальные зоны потоков в межслое-вой толще 7 самообрушившегося угля 6 над каждым устройством 5 в секциях механизированной крепи 4.
В исходном положении секции механизированной крепи 4 вплотную придвинуты к забою, их козырьки поддерживают консоль межслоевой толщи 7 угля минимальной длины. Устройство 5, выполненное в виде наклонного
трапецеидального желоба, в который установлен регулируемый по производительности питатель для принудительного выпуска угля. В исходном положении устройство 5 перекрыто плитовым затвором.
После выемки угля комбайном длина нависающей над механизированной крепью 4 межслоевой толщи 7 угля достигает 1,86 м (при захвате комбайна 9, равном 0,62 м). Открывают плитовые затворы всех устройств 5 и обеспечивают возможность самообрушения меж-слоевой толщи 7 угля. Для повышения эффективности самооб-рушения предусмотрено включение в работу вибрирующих стержней 9, расположенных по одной из боковых поверхностей крепи. Затем определяют порядок выпуска угля
6 путем выделения групп одновременно работающих секций механизированных крепей 4. Например, все секции механизированной крепи делят на три группы - центральную и две фланговые. Вначале над секциями механизированной крепи в центральной части производят выпуск угля 6 из межслоевой толщи 7. Для этого включают все питатели в одновременную работу на минимально возможную производительность. Выпускаемый уголь 6 транспортируют забойным скребковым конвейером.
В центральной части меж-слоевой толщ 7 образуется единый поток угля 6 над всеми секциями механизированной крепи 4, который обеспечивает плавное опускание угля без зависаний в очистном пространстве. При необходимости включают в работу вибрирующие стержни 9. С целью увеличения производительности забоя увеличивают производительность группы питателей, что повышает скорость движения угля из межслоевой толщи и позволяет регулировать скорость потока угля в очистном пространстве.
Малые скорости перемещения угля в очистном пространстве, которые регулируются, обеспечивают безопасность выпуска угля. Уголь 6 из межслоевой толщи 7 движется узким потоком, что исключает его перемешивание с окружающими породами, а малая скорость движущегося потока и легкость его регулирования (вплоть до остановки) позволяют снизить засорение окружающими породами.
После выпуска угля из центральной части аналогичным образом ведут выпуск угля из фланговых групп. Причем, чем больше одновременно работающих питателей в группе, тем плавней идет процесс выпуска угля.
Регулируемый по производительности питатель должен равномерно выпускать уголь по всей площади проема перекрытия, выполненного в секции механизированной крепи на один забойный скребковый конвейер. Количество питателей, работающих в группе, определяют технической возможностью забойного скребкового конвейера до необходимой величины пол-
ной его загрузки. Это позволяет образовать в очистном пространстве поток угля с определенной скоростью движения. Кроме того, при этом представляется возможность увеличения числа одновременно работающих питателей, что увеличивает длину забоя, на которой идет медленное опускание угля и посадка кровли. Технологически работа питателей должна быть согласована с работой очистного комбайна.
Наклонный трапецеидальный желоб и смонтированный в его днище питатель воспринимают на себя давление движущегося угля в очистном пространстве. Угол наклона стенок желоба для выпуска угля к несущим балкам перекрытия определяют расче-
тами и обосновывают максимально возможным распределением нагрузки от движущегося потока угля в очистном пространстве на него. Могут использоваться качающиеся плунжерные, пластинчатые, скребковые питатели с возможностью плавного регулирования производительности.
За счет большой площади потока угля исключается зависание обрушенного угля, создают благоприятные условия для обрушения налегающих пород (кроме труднообрушаемой кровли, где требуются специальные технологические приемы), что уменьшает динамические нагрузки на крепь. Кроме того, наличие единого потока исключает засорение угля со стороны кровли. Ус-
тановка плитового затвора над проемами перекрытия предусмотрена, в основном, для проведения ремонтных работ на питателе, а также для нестандартных ситуаций, когда возникает необходимость перекрытия при прорыве пустых пород.
Целесообразно по меньшей мере на одной кромке проема перекрытия каждой секции механизированной крепи на его несущей балке установить на опорах вибрируюший стержень, соединенный через толкатель с вибратором, размещенным под перекрытием. Это позволяет использовать вибрирующий стержень для дополнительного разрушения слоевой толщи одновременно над двумя секциями механизированной крепи.
1. Выбор парамеиров технологии отработки мощных пологих пластов с выпуском межслоевых и подкровельных пачек угля / И.А.Шундулиди, А.С.Марков, С.И.Калинин, П.В.Егоров. - Кемерово. _Кем. книжное изд-во, 1999.
2. Гапанович Л.Н., Савченко П.Ф., Бернацкий В.А. Развитие механизированных крепей и технологии с выпуском угля. -М.: Уголь, №11, 1986
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Изаксон В.Ю., Власов В.Н., Клишин В.И. Управление геомеханическими процессами в системах с обрушением и выпуском руды под обрушенными породами. Тр. Меж-дунаролной конф. «Геодинамика и напряженное состояние земных недр», ИГД СО РАН: Новосибирск, 1999.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
,________________________________________________________________________
Клишин В.И. — доктор технических наук, Институт горного дела Сибирского отделения РАН.
