CC BY
75
А.А. Добриян, В.Н. Кулаков,
2000
УАК 622.274.526
А.А. Аобриян, В.Н. Кулаков
РАЗВИТИЕ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ ВЫЕМКИ КРУТЫХ ПААСТОВ МОЩНОСТЬЮ 3...7 М В УСАОВИЯХ НЕУСТОЙЧИВОГО УГАЕПОРОАНОГО МАССИВА
Прокопьевско-Киселевский угольный район Кузбасса характеризуется богатыми запасами исключительно ценных марок углей высокого качества. На начало 90-х годов балансовые запасы угля до глубины 600 м составляли свыше 6 млрд т, в том числе наиболее ценных коксующихся марок — свыше 3 млрд т.
Вместе с тем для месторождения характерны весьма сложные горно-геологические и горнотехнические условия выемки угля.
К числу факторов, усложняющих отработку мощных крутых пластов, относятся низкая прочность и связанная с этим неустойчивость угольного массива, сложная гипсометрия и крутые углы залегания, высокая нарушенность, возрастающая газоносность пластов. Выемка угля и подработка массива горных пород на больших площадях приводит к росту опорного давления, интенсивным его проявлениям, выражающимся в обрушении угля и породы в призабойном пространстве, интенсивной деформации крепи подготовительных и очистных выработок, что в целом повышает опасность ведения горных работ. При опускании горных работ на глубину 250-300 м существенно возросли проявления горного давления в очистных горных выработках, возникла новая геомеханическая ситуация, выражающаяся в переходе призабойной части угольного массива в сыпучее состояние. В этих условиях вывалы и обрушения угля и породы в призабойном пространстве оказывают решающее влияние на безопасность ведения горных работ и эффективность использования механизированных передвижных крепей.
В связи с весьма сложными условиями залегания угля для Киселевско-Прокопьевского угольного месторождения Кузбасса особую актуальность приобретают вопросы, связанные с анализом накопленного опыта эксплуатации технологических схем и средств отработки пластов мощностью 3.. .7 м и углами падения 35.90 .
Усилия ученых и инженеров были направлены в основном на развитие двух типов систем выемки мощных крутых пластов: камерных (без защиты рабочего пространства) и технологий на базе передвижных крепей.
С точки зрения качества дробления, разубо-живания угля и снижения эксплуатационных потерь для пластов 3.7 м наиболее приемлемыми следует считать технологические схемы на базе передвижных крепей.
Достижения в выемке крутых пластов передвижными крепями связаны со щитовой системой разработки и ее модификациями (щиты Чи-накала, УСЩ, КС), крепью с раздельной передвижкой перекрытий и оснований ЩРП [1], и агрегатами ЩРПМ, созданных на базе этой крепи [2].
Щитовая система разработки в связи с изменившимися условиями отработки уже не может рассматриваться в качестве рациональной технологии, так как переход на более глубокие горизонты вызвал, как уже отмечалось, ряд негативных факторов, главными среди которых являются рост опорного давления на угольные целики. Это приводит к их раздавливанию, по этой причине проходка и поддержание углеспускных печей становится трудноразрешимой задачей. Мероприятия, направленные на уменьшение количества углеспускных печей с 4 до 2 в щитовой системе посредством применения скреперной установки (УСЩ), привели к улучшению экономических показателей системы, однако не обеспечили в полной мере надежную защиту рабочего пространства от прорывов обрушенных пород. Неустойчивость опорных угольных целиков затрудняет управление щитом, а отсутствие углеспускных печей на внутренних секциях создает для рабочих еще более опасные условия труда.
С целью повышения безопасности работ были применены самопередвигающиеся крепи (КС), разработанные КузНИУИ. Конструкция КС в поперечном сечении представляет собой жесткий треугольник (рис. 1).
Посадка крепи КС осуществляется по кровле и почве пласта одновременно (броском). Технологическая схема — выемка пласта по падению с буровзрывной отбойкой и скреперной доставкой угля во фланговые печи. Крепь применяется на шахтах "Зенковская", им. Дзержинского и др. Недостатки КС: она не может работать в неустойчивом углепородном массиве из-за вывалов обрушенных пород в рабочее пространство; узкий диапазон применения по углу падения (40.55°).
В ИГД СО РАН был разработан щит с раздельной передвижкой оснований и перекрытий (ЩРП), в котором удалось устранить ряд недостатков, присущих КС. Секция ЩРП (рис. 2) состоит из щитового перекрытия 1, подкосов 2, оснований 3, шарнирно связанных со щитовым перекрытием и основанием, домкратов передвижки 5. Ее главным конструктивным отличием от крепи КС является то, что щитовое перекрытие у почвы пласта свободно опирается на основания, выполненные с объемными сегментными опорами 4.
Это отличие дает возможность осуществлять управление крепью принципиально новым
ЩРП включает буровзрывную отбойку угля с одновременной посадкой секций "броском", раздельную передвижку оснований и перекрытий с применением домкратов, доставку отбитого угля во фланговую печь скреперной лебедкой 6.
Щитовой агрегат ЩРПМ (рис. 4) создан на базе крепи типа ЩРП и состоит из конвейеро-струга АМЩ, механизмов подвески конвейеро-струга к секции. Технология выемки включает в себя буровзрывную отбойку подкровельной пачки угля, посадку агрегата "броском", передвижку перекрытия или основания крепи с помощью домкратов, механизированную выемку угля у почвы пласта. Достоинством данной технологической схемы является высокая нагрузка на забой (до 1000 т/сут). Агрегат применяется на шахтах Киселевская, им. Держинского, Зенковская и др.
собом. Он заключается в раздельной посадке товых перекрытий и оснований соответственно по кровле и почве пласта с менением домкратов передвижки (см. рис. 3).
Новая кинематическая схема позволила расширить диапазон применения передвижных крепей для выемки мощных пластов и довести его нижний предел до 35 °. При этом верхние границы по углу падения и вынимаемой мощности не изменились. ЩРП использовались на шахтах левская, им. Держинского, Зенковская, ПО "Средазуголь". Технология выемки угля крепями
Рис. 1. Общий вид крепи самопе-редвигающейся (КС)
Рис. 2. Общий вид щита с раздельной передвижкой (ЩРП)
Рис. 3. Схема раздельной передвижки перекрытий и оснований крепи ЩРП
ских операций при выемке угля агрегатом ЩРПМ показали, что затраты на выполнение буровзрывных работ и проветривание составляют почти 50% от общих затрат общего времени цикла очистных работ [2].
Таким образом, анализ показывает, что применяемые типы крепей не соответствуют горногеологическим и горнотехническим условиям разработки угольных пластов. Кроме того, применение буровзрывной отбойки при выемке угля агрегатом типа ЩРПМ является сдерживающим фактором с точки зрения повышения нагрузки на забой. Для решения указанных задач потребовались новые решения.
Щитовая крепь ЩК6, разработанная в ИГД СО РАН, является результатом развития конструкций щитовых крепей с раздельной передвижкой для условий отработки угольных пластов, призабой-ная часть которых находится в несвязанном состоянии.
Раздельная передвижка оснований и перекрытий с использованием домкратов позволяет перекрывать образовавшиеся зазоры между козырьком перекрытия и угольным целиком, однако полностью эти опасные явления не исключаются, особенно в условиях неустойчивого угольного массива. Кроме того, результаты хронометраж-ных измерений продолжительности технологиче-
В основе такого типа крепей заложен следующий принцип: козырек щитового перекрытия должен находиться в постоянном контакте с под-кровельной пачкой пласта. Поставленная цель достигается при отсутствии жесткой связи между основанием и перекрытием в направлении движения последнего. Для этого в конструкции крепи ЩК6 было предложено применить новый конструктивный эле
Рис. 4. Общий вид механизированного щита с раздельной передвижкой (ЩРПМ)
Рис. 5. Общий вид щитового комплекса ЩК6: 1 - щитовое перекрытие; 2 - подкос; 3 - основание; 4 - объемная сегментная опора; 5 - домкрат передвижки; 6 -ползун; 7 -направляющая; 8
- механизм подвески, 9 - конвейе-ро-струг
мент: ползун с направляющей, что обеспечивает крепям новые качества, а именно:
• оперативную локализацию вывалов обрушенной породы в рабочее пространство без участия людей;
• продольную устойчивость крепей вне зависимости от угла падения и мощности пласта.
ИГД СО РАН совместно с институтом Сибгипрогормаш был разработан экспериментальный образец щитового комплекса ЩК6 (рис. 5). В секции крепи к нижним поверхностям перекрытий приварены направляющие 7, в которые помещены ползуны 6 с возможностью перемещения. К ползунам шарнирно присоединены штоки гидродомккрат в передвижки, проушина поршневой полости которых шарнирно связаны с основанием.
Испытания ЩК6 проводились на участке пласта Горелый с квершлага №17 гор. +40 ш. "Зиминка" АО "УК "Про-копьевскуголь". Мощность пласта 5,5... 7,5 м, угол падения-65°...74. Уголь пласта полублестящий кливажистый марки КО. Угольный массив трещиноватый. Коэффициент крепости угля f=0,6...0,8. В пласте встречаются линзы песчаника с включениями колчедана. Имеются прослойки аргиллита, мятые и неустойчивые. Коэффициент крепости породных прослойков составляет f=2...3. Непосредственная кровля пласта представлена углистым ар-
Рис. 8. Изометрический вид крепи самопередвигающейся для крутого падения
гиллитом мощностью до 0,2м и крепостью f=2, весьма неустойчивым. Основная кровля - мелко-зернистый светло-серый песчаник крепостью f=8, устойчивый, мощностью 20 м. Промышленные запасы угля на подготовленном участке составили 17159 т.
Наблюдения за взаимодействием крепи и обрушенных пород показали, что не было зафиксировано ни одного случая прорыва обрушенных пород в рабочее пространство, хотя угольный массив был неустойчив, особенно подкровельная пачка, а отработка участка сопровождалась куполообразованием в устье уг-леспусной печи. При этом наблюдения за смещением ползуна показали, что после каждой посадки последний менял свое положение относительно направляющей, что обеспечивало щитовым перекрытиям постоянный контакт с подкровельной пачкой угля. Таким образом, подтвердилось предположение о том, что для безопасной работы щитовых крепей должна отсутствовать удерживающая связь между основанием в направлении падения пласта.
После решения вопроса безопасности выемки мощных крутых пластов акцент был сделан на повышение эффективности выемки мощных крутых пластов с использованием крепей с раздельной передвижкой перекрытий и оснований
без жесткой удерживающей связи между ними в направлении падения пласта. Эта задача решалась в двух направлениях: путем повышения нагрузки на очистной забой и снижения экс-
Рис. 7. Схема обработки забоя агрегатом ЩРПУ
Рис. 6. Общий вид щитового агрегата ЩРПУ
плуатационных затрат.
Для механизированной отработки крутых пластов мощностью 4,5.6 м столбами по падению с применением кон-вейеро-струга ТАЩМ ИГД СО РАН разработан щитовой агрегат ЩРПУ (рис. 6). Агрегат ЩРПУ включал в себя секции крепи, механизмы подвески конвейеро-струга, гидрооборудование управление конвейро-стругом, гидрооборудование
управления крепью, конвейеро-струг. Конвейеро-струг устанавливался в крепи с помощью механизмов подвески, которые представляет собой четырехзвенный шатуннокривошипный механизм. Такая конструкция позволяет производить выемку угля без применения буровзрывной отбойки (рис. 7).
Испытания проходили на пласте ТТ Внутренний, квершлаг №62 ш. "Кисе-левская" ПО "Ки-селевск-уголь". Мощность пласта 6,0 м, угол
падения 52°...55°. За период испытаний с 19.06.89 г. по 13.07.89 подвигание крепи составило 15 м, добыто около 2,5 тыс. т угля . Максимальная суточная добыча составила 417 т, среднесуточная - 100 т. Среднее подвигание забоя составило 0,6 м/сут.
В начале отработки пласта были произведено 2 полных цикла выемки угля без применения буровзрывных работ в забое. После двух поса-
док щитовые перекрытия оказались на разных уровнях относительно линии простирания, при этом выступающие концы поперечных швеллеров цеплялись за продольные уголки перекрытий, что становилось препятствием для передвижения щитовых перекрытий. Тем не менее, результаты шахтных испытаний щитового агрегата ЩРПУ с механизмом подвески шатунно-криво-шипного типа подтвердили принципиальную возможность механизированной выемки крутого пласта с мощностью до 4,5 м без применения буровзрывных работ. Их отсутствие в технологическом цикле выемки угля позволяет повысить нагрузку на забой не менее чем на 50 %.
С целью снижения эксплуатационных затрат в ИГД СО РАН разработана самопередви-гающаяся крепь для крутого падения КСКП (рис 8) [3]. Технические решения, заложенные в конструкции новой крепи, во многом определялись результатами испытаний щитового комплекса ЩК6. Щитовое перекрытие также, как и в ЩК6, выполнено с возможностью свободного смещения относительно оснований. Как показали испытания ЩК6, посадка крепи происходит с постоянным контактом козырька и под-кровельной пачки пласта без участия гидродомкратов, было решено заменить их на жесткую стяжку постоянной длины, одним концом закрепленной к ползуну, другим - к основаниям. Назначение этого нового элемента — предохранение сползания перекрытия с объемной секторной опоры. Тем самым удалось упростить конструкцию крепи со щитовым перекрытием и удешевить ее за счет исключения дорогостоящего гидрооборудования.
Путем технико-экономического обоснования установлено, что при выемке угля крепью КСКП (технология с буровзрывной отбойкой и скреперной доставкой) увеличение длины забоя с 24 м до 32 м приводит к снижению себестоимости угля, которая затем начинает возрастать [4]. Применение конвейеро-струговой выемки
экономически целесообразно при одновременном выполнении двух условий: длина забоя должна быть не менее 32 м, производительность забоя — не ниже 640 т/сут.
Вывод
Анализ развития механизированной выемки крутых пластов в условиях неустойчивого углепородного массива показал следующее.
1) для устранения прорывов обрушенных пород в рабочее пространство в технологических схемах выемки крутых пластов мощностью 3.7 м следует применять щитовые крепи с раздельной передвижкой перекрытий и оснований без удерживающей связи между ними в направлении падения пласта;
2) для повышения нагрузки на забой путем исключения буровзрывных работ на пластах до 4,5 м следует применять щитовые агрегаты на базе крепей ЩК6 с механизмом подвески кон-вейеро-струга к секции крепи шатуннокривошипного типа;
3) в том случае, если необходимость применения буровзрывных работ в забое все же остается (при выемке пластов с твердыми включениями, вынимаемой мощности более 4,5 м,
длине забоя менее 32 м и т.д.), возможно ис- ной отбойкой и скреперной доставкой.
пользование крепей типа КСКП с буровзрыв-
1. Курленя М.В., Лебедев А.В., Зворыгин Л.В. Технология щитовой разработки угольных месторождений. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1988 г. — 253 с.
2. Лебедев А.В., Воронцов Ю.В. Технология, безопасность работ и научная организация труда при разработке крутонаклонных пластов Кузбасса щитовыми агрегатами ЩРПМ. М.:
Обзор/ ЦНИЭИуголь. — М., 1981.
— С. 23.
3. Кулаков В.Н., Добриян А.А. Опыт и перспективы применения щитовых крепей с опрокидывающимся перекрытием для отработки мощных крутых пластов Кузбасса//Опыт и перспективы наукоемких технологий в угольной промышленности Кузбасса/Сб. науч. тр. ИУ и У СО РАН. Кемерово, 1998 г — С. 89 —94.
СПИСОК АИТЕРАТУРЫ
4. Добриян А.А., Кулаков В.Н. Исследование эффективности технологических схем выемки угля щитовыми крепями с независимой посадкой//Материалы ТТТ Межд. научно-практической конференции "Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири" (Сибресурс-98), Кемерово, Куз-ГТУ. — С.92-94
т
Добриян А.А. — Институт горного дела Сибирского отделения РАН, г. Новосибирск.
Кулаков В.Н. - Институт горного дела Сибирского отделения РАН, г. Новосибирск.
У
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания:
Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати:
При последней печати страниц: слов: знаков:
ДОБРИЯН
в:\С диска по работе в универе\01ЛВ_20\01ЛВ12_0\МЛСБТ С:\и8еге\Таня\АррБа1а\Коат^\Мюго80й\ШаблоныШогта1Ло1т УДК 622
Гитис Л.Х.
30.11.2000 10:19:00 15
10.12.2008 23:26:00 Таня
83 мин.
11.12.2008 0:04:00 7
2 374 (прибл.)
13 537 (прибл.)
