Разработка агрегата гидромониторного для бурения скважин и очистной выемки угля Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© В.В. Мельник, 2002

УДК 622.234.5

В.В. Мельник

РАЗРАБОТКА АГРЕГАТА ГИДРОМОНИТОРНОГО ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН И ОЧИСТНОЙ ВЫЕМКИ УГЛЯ

Агрегат гидромониторный скважинный с повышенной разрушающей способностью разработан на базе прошедших опытные и промышленные испытания на шахтах и гидрошахтах агрегатов АГС-1, АГС-2 и КБГ НПО «Углемеханизация» (Украина) [1-3] и результатов внедрения агрегатно-гидравлической технологии и агрегатов АФГ, АФМГ, АФТ на гидрошахтах Кузбасса [4-6].

Однако следует отметить, что как само конструктивное исполнение и, особенно, параметры, режимы и схемы разрушения угольного массива, очистная выемка в целом, так и согласование работ агрегата с подсистемами «безнапорного транспортирования» и «обезвоживания выемки угля» значительно отличаются от указанных и предложены совершенно новые технологические решения.

Агрегат гидромониторный скважинный предназначен для бурения скважин и очистной выемки угля гидравлическим способом через скважины из подземных горных выработок в сложных горно-геологических условиях гидрошахт, а также шахт обычной технологии при работе в комплексе со средствами обезвоживания угля и осветления технологической воды в подземных условиях.

Агрегат гидромониторный скважинный включает:

• струеформирующую часть агрегата для бурения скважин и очистной выемки;

• энергоподающий став;

• станок подачи с манипулятором;

• насосную станцию гидропривода;

• высоконапорные насосные установки;

• пульты управления.

Область применения агрегата скважинного гидромониторного (АСГ) с повышенной разрушающей способностью предопределяется вторым и третьим принципом разработки комплексов СГД переработки и транспортировки угля потребителю, а именно, геотехнологичность и безлюдность, а также «добыча высококачественных углей в сложных условиях». Следовательно, агрегат АСГ будет применяться для безлюдной добычи высококачественных углей в сложных условиях, для которых на сегодняшний день нет надежных и производительных технологий угледобычи. Это в первую очередь тонкие и весьма тонкие пласты Прокопьевско-Киселевского месторождения Кузбасса.

Технология безлюдной отработки угольных пластов агрегатом скважинным гидромониторным с повышенной разрушающей способностью заключается в следующем. Агрегатом АСГ, установленным на аккумулирующем

(откаточном) штреке по восстанию пласта осуществляется бурение скважин до вентиляционного штрека, или, в случае его отсутствия на проектную длину. Затем в обратном направлении из скважины производится отработка пласта столбами по падению. Управление горным давлением при этом осуществляется ленточными технологическими целиками.

После отработки выемочного столба агрегат демонтируется и передвигается на расстояние, равное ширине отработанного столба для бурения следующей скважины и последующей отработки угольного пласта.

Станок подачи включает: вращатель, предназначенный для придания ставу возвратно-поворотных движений в секторе до 180°; гидроцилиндр подачи, с помощью которого перемещается по направляющим вращатель и передается поступательное движение буровому ставу в скважине; два гидроцилиндра, которые приводят в действие парные захваты, предназначенные для удержания и центрировки штанг при монтажно-демонтажных работах; опорную раму и два домкрата для установки станка по углу падения пласта. Станок подачи крепится в выработке с помощью четырех распорных винтовых домкратов.

Маслостанция агрегата состоит из маслобака емкостью 220 л, на котором смонтированы радиальнопоршневой насос и электродвигатель.

Энергопадающий став предназначен для удержания исполнительного органа в скважине, подвода к нему технологической воды под давлением.

Буровой орган агрегата АСГ по одному из вариантов состоит из трех стволов с насадками, формирующими струи различного расположения, с помощью которых проходится скважина. Предусмотрена возможность отклонения каждого насадка на угол до +5° с целью коррекции направления скважины и увеличения при необходимости диаметра скважины.

Очистной орган представляет собой криволинейный ствол с насадкой или насадками, установленными под различными углами к оси энергоподающего става.

Опора (фонарь) предназначена для поддержания и центровки исполнительного органа и става в скважине и состоит из двух полухомутов с лучами-лыжами, которые устанавливаются на специальные шейки штанг, позволяя им свободно проворачиваться в опорах.

Местный пульт управления предназначен для управления гидроцилиндрами подачи, захватов и качания стана. Дистанционный пульт управления по конструкции аналогичен местному пульту управления и используется для дистанционного управления на выбросоопасных пластах. В системе управления предусмотрена гидравлическая блокировка, исключающая возможность открытия захватов до стыковки става подачи.

По одному из вариантов для связи и подвода напорной воды от участкового трубопровода к станку подачи служит буровой рукав диаметром 76 мм. Перед буровым рукавом

устанавливается патрубок с фильтром и приводами для манометров.

Техническая характеристика агрегатов АГС, КБГ и АСГ с повышенной разрушающей способностью представлена в таблице.

Гидромониторный агрегат с повышенной разрушающей способностью должен отвечать следующим требованиям:

• обеспечение суточной нагрузки 1000 т при мощности пластов 1,0-1,2 м;

• осуществление безлюдной гидравлической выемки угля;

• возможность работы в горно-геологических условиях, проводимых в технических условиях;

• возможность дистанционного управления;

• направленность буримых скважин при этом отклонение от заданного направления по простиранию не должно превышать 5 м на длине 100 м и 10 м на длине 150 м, отклонение от эквидистантности буримых скважин не должно превышать 2-4 м;

• удобство транспортирования составных агрегата комплекса по выработке, монтажа и демонтажа на месте бурения без их разборки;

• возможность гидравлического нивелирования при бурении скважины.

Устройство станка подачи агрегата должно обеспечивать:

• возможность работы как по восстанию, так и по падению пласта;

• возвратно-вращательный поворот става подачи на угол не менее 360°;

• возможность визуального контроля за положением вала вращателя;

• крутящий момент на валу вращателя не менее 4500 Нм;

• усилие подачи не менее 160 кН;

• ход механизма подачи не менее 1,3 м;

• механизированную установку штанг става подачи на ось бурения;

• механизированную установку станка по углу падения пласта;

• механизированное крепление станка в выработке;

• возможность ориентации оси бурения станка в плоскости пласта на угол не менее 90° по обе стороны от оси, перпендикулярной к оси выработки, без его раскрепления;

• установку станка по направлению бурения в плоскости пласта с точностью +15 и по углу падения +30;

• удобство монтажа исполнительного органа и опорных фонарей.

Устройство става подачи агрегата должно обеспечивать:

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СКВАЖИННОГО АГРЕГАТА С ПОВЫШЕННОЙ РАЗРУШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ

Наименование показателя Величина показателя

АГС АСГ КБГ

1. Максимальное давление воды, подводимой к установке, МПа 16,0 30,0 20,0

2. Расход воды, мз/ч

номинальный максимальный 90-150 до 180 90,0 до 300 18-150 до 180

3. Коэффициент крепости угля по шкале М.М. Протодьяконова до 1,2 до 1,6 до 1,4

4. Минимальная мощность вынимаемого пласта, м 0,3 0,3 0,3

5. Глубина бурения, м до 150 до 150 до 150

6. Техническая производительность по бурению, м/ч - (при крепости угля f=1,0) - по очистной выемке при расходе воды 100 мз/ч, т/ч 6...14 (9) 18 26-30 8...20 (12) 24

7. Исполнительный орган сменный универсальный универсальный

8. Максимальное усилие подачи, кН 180

- при прямом ходе - при обратном ходе 120 60 100 160 90

9. Скорость подачи, м/мин 0,8

- при прямом ходе - при обратном ходе 0...3,5 0...5,5 0-80 4 ,8 ® о

10. Монтаж става подачи немеханизирован механизирован механизирован

11. Демонтаж става подачи немеханизирован механизирован с применением энергоподающего става механизирован за исключением размыкания штанг между собой

12. Скорость наращивания става, м/ч до 25 - до 50

13. Установка станка подачи в рабочее положение немеханизирована механизирована механизирована

14. Минимальное сечение выработки в свету, м2 7,0 6,0 5,6

15. Ориентация по направлению бурения не предусмотрена предусмотрена предусмотрена

16. Габаритные размеры станка подачи в транспортном положении, мм, не более длина ширина высота 2874 1255 815 2200 1550 900 2150 1340 810

17. Масса станка подачи 1560 2400 2600

18. Управление комплексом дистанционное ручное (до 15 м) - дистанционное ручное (до 80 м)

19. Мощность привода, кВт, установки насосной высоконапорной станции насосной гидропривода 17 130 7 125 17

• удельный вес энергоподающего става не более 55 • расход высоконапорной воды не менее 18 м3/ч-с

кг/м; давлением до 20 МПа и линейными потерями напора при

этом не более 1 МПа на длине 100 м;

• предотвращение полного опорожнения става при его монтаже или демонтаже;

• наличие запорных устройств не реже, чем через 10 м;

• предохранение струеформирующей части и насадок исполнительного органа от закупоривания;

• возможность механизированного наращивания става.

Струеформирующее устройство агрегата должно обеспечивать:

• повышенную разрушающую способность и нагрузку до 1000 т/сут при мощности пласта 1,0-1,2 м;

• управление крупностью добываемого угля;

• проведение направленных скважин гидравлическим способом диаметром 0,3 м;

• очистную выемку угля по обе стороны от скважины;

• образование паза шириной не менее 20 мм вдоль продольной оси скважины до кровли пласта при его мощностях до 1 м и глубиной не менее 0,7 мм для пластов мощностью более 1 м;

• отсутствие контакта вращающихся частей органа с забоем при выдержанной мощности пласта и отсутствии твердых включений;

• разрушение породных прослойков;

• быструю и удобную замену насадок;

• длину исполнительного органа не более 1,8 м;

Пульт управления агрегатом должен обеспечивать:

• дистанционное раздельное управление механизмами подачи, вращения, захвата става и манипулятора;

• возвратно-поворотное движение вала вращателя как в ручном, так и в автоматическом режиме управления;

• минимальный угол поворота вала вращателя в автоматическом режиме должен быть не более 30°;

• включение установки насосной высоконапорной;

• контроль давления в напорных магистралях насосных установок;

• контроль давления во всасывающей магистрали высоконапорной насосной установки.

Насосная установка агрегата должна обеспечивать:

• подачу высоконапорной воды не менее 18 м3/ч с давлением до 20 мПа;

• габаритные размеры в мм, не более: длина - 2800, ширина 1200, высота - 1000;

• фильтрацию подводимой к насосу воды до крупности содержащихся в ней частиц не более 0,5 мм;

• редуцирование давление во всасывающей магистрали до 0,3 мПа;

• защиту напорных магистралей от перегрузок;

• возможность транспортирования ее по рельсовому пути.

Устройство насосной станции гидропривода должно обеспечивать:

• максимальную объемную подачу не менее 80 м/мин.

• максимальное давление на выходе не менее 30 МПа.

• регулирование подачи рабочей жидкости в гидросистему.

• защиту гидросистемы от перегрузок;

• габаритные размеры в мм, не более: длина 1600, ширина 800, высота 800.

В данной работе представлены результаты по разработке агрегата скважинного гидромониторного с повышенной разрушающей способностью.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Коденцев А.Я. Гидротехноло-

гия на шахтах. - М.: Недра, 1984 - 314 с.

2. Лукьянченко Е.С., Семенов Л.Г., Фищенко В.И. Прогрессивные техн-логические схемы безлюдной гидравлической выемки угля. - Уголь Украины, 1979, №6. - С. 16-18.

3. Стебунов В.Е., Друпов Н.А.,

Лукьянченко Е.С. Гидромониторный

скважинный агрегат АГС на весьма тонком крутом пласте. - Уголь Украины, №12. - С. 25-26.

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

5. Кретов А.П. Обоснование параметров технологии агрегатной выемки

угля на гидравлической основе. - Дис. . канд. техн. наук. - М.: МГИ, 1985. - 187 с.

6. Власов Б.И. Обоснование

структуры и рациональных параметров механогидравлической технологии очистных работ для сложных горногеологических условий Кузбасса. - Дис. . канд. техн. наук. - М.: МГИ, 1985. -179 с.

7. Михеев О.В. Интенсифика-

ция подземной добычи угля на основе создания малооперационных технологий и автоматизированных процессов. - Дис. . докт. техн. наук. - М. : МГИ, 1986. - 609 с.

8. Пучков Л.А., Михеев О.В.,

Мельник В.В. Концепция, механизм и принципы разработки геотехнологиче-

ских комплексов СГД переработки и транспортировки угля потребителю. -М.: Изд-во МГГУ, ГИАБ, 2001, №12. -С. 95-100.

9. Михеев О.В., Мельник В.В. Разработка комплексов скважинной гидравлической отработки угольных пластов. -М.: Уголь, 1999, №4. - С. 54-56.

10. Михеев О.В., Мельник В.В. Разработка комплексов скважинной гидравлической отработки угольных пластов, залегающих в сложных горногеологических условиях. - М.: Изд-во МГГУ, ГИАБ, 1997, №3. - С. 167-169.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

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