CC BY
37
интенсивность такого сокращения резко возрастает при малых остающихся пролетах. Это приводит в выполаживанию линии контура обрушения с подъемом вверх, которая приобретает форму, близкую к своду (рис. 4). Таким образом получено теоретическое доказательство образования сводообразных областей в слоистых структурах горных пород и объяснение причины наклонного положения поверхностей свободного их обрушения. Форма линии свода определенно не описывается какой-либо элементарной функцией (парабола, эллипс и др.), но образуется в зависимости от структуры слоистой толщи горных пород, геомеханиче-ских характеристик и форм первичных обнажений. Обращаясь снова к задаче о максимальной толщине плит кровли, которые способны к
самообрушению по мере развития этого процесса вверх при движении очистного забоя, следует обратить внимание на следующее.
Помимо повышения устойчивости слоев кровли значительной толщины от действия сил поперечного распора при определении возможности самообрушения расчетным методом следует учитывать сокращение реальных свободных пролетов по мере развития вверх самообрушения слоев. Это приводит к тому, что
Рис.4. Возможная форма границы зоны обрушения слоистой кровли над выработанным пространством (схема)
толщина слоев, способных к самообрушению, интенсивно уменьшается, и растет вероятность появления слоев так называемых “пород-мостов”, выше которых обрушение слоев не распространяется.
Разработанная логическая схема и математическая модель определения параметров разрушения слоев кровли в пограничной зоне между выработанным пространством и нетронутым массивом угольного пласта позволяет обоснованно задавать исходные параметры и силовые схемы при исследовании напряженно-деформированного состояния горных пород вокруг подготовительных выработок при структурах КД и Д [4].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Справочник по теории упругости. Под редакцией Варвака П.М. и Рябова А.Ф. “Будівельник”. Киев, 1971. 420 с.
2. Борисов A.A. Расчеты горного давления в лавах пологих пластов. “Недра”. М, 1964. 279 с.
3. Галеркин Б.Г. Упругие тонкие плиты. Гос-стройиздат, М. 1933.
4. Матвеев В.А. Геомеханические проблемы управления кровлей пластового месторождения на выемочном участке. (При финансовой поддержке Минобразования РФ по гранту Т02-04.1 - 1803). Статья принята к публикации в ГИАБ в 2005, - М.: Изд-во МГГУ.
Коротко об авторах ----------------------------------------------------------
Матвеев Валентин Александрович - доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ,
Матвеев Александр Валентинович - вед. инженер,
Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного технического университета.
~ © А.В. Лиманский, 2005
УДК 622.272 А.В. Лиманский
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ ВЫЕМКИ ТОНКИХ ПОЛОГИХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
Семинар № 11
ТУ Российской Федерации имеются
-Л.М значительные запасы высококачественных углей, сосредоточенные в пластах мощностью от 0,9 до 1,5 м. Анализ показывает, что только в Восточном Донбассе на долю шахт, отрабатывающих пласты данной мощности приходится более 70 % от общего количества действующих шахт, а это около 250 млн т вскрытых запасов. В Кузбассе на балансе действующих шахт находится около 110 млн т угля в тонких пластах (около 12% от общего числа запасов, отрабатываемых подземным способом). В Печорском бассейне - около 36 млн т угля.
Анализ механизации очистных работ на шахтах Российской Федерации при отработке тонких пологих пластов показывает, что преобладающее применение в настоящее время имеют узкозахватные шнековые комбайны российского (украинского, 1ГШ-68, К-101У, К-103, РКУ-10, КШ1КГУ и др.) и импортного (КОБ-245, КБШ-460 и др.) производства.
Следует отметить, что если в Восточном Донбассе, где большая часть отрабатываемых угольных пластов относится к тонким, вопросы выемки пластов угля с мощностью более 1,2 мв какой-то степени технически и технологически решены, то для выемки пластов с мощностью 0,8^1,2 м практически ничего нет.
Большинство пластов данного диапазона мощностей отрабатываются с подрывкой пород кровли или почвы. Выпускаемые механизированные комплексы МК-88(98) имеют низкую несущую способность. Очистные забои, оборудованные данными комплексами, в первые месяцы достигают нагрузок 8001000 т/сутки, но уже через 5-6 месяцев требуется замена комплекса в целом. Комплексы на основе крепи М103 в настоящее время серийно не выпускаются, а приобретаются старые на шахтах Украины с дальнейшим их ремонтом. Выпускаемые на Украине комбайны К103 и 1К101У имеют малый ресурс-наработка до капитального ремонта составляет от 80 до 160 тыс. т, чего явно недостаточно.
В мировой практике комбайновая выемка считается целесообразной на пластах мощностью от 1,5 м. Практика отработки тонких по-
логих угольных пластов шнековыми комбайнами показала ряд серьёзных недостатков, которые снижают экономичность горных работ и ухудшают условия труда в очистном забое. К ним относятся:
- высокое пылеобразование и связанное с ним усиление риска для здоровья горнорабочих и опасности взрывов пылеметановоздушных смесей;
- высокий удельный расход электроэнергии;
- излишнее переизмельчение угля приводит как к более интенсивному пылеобразо-ванию, так и снижает экономический эффект от добычи угля;
- невозможность полной автоматизации работ и как следствие зависимость скорости подачи от скорости передвижения по лаве машиниста комбайна;
- применение комбайнов с поперечным расположением основных электродвигателей при малой мощности обслуживаемых пластов приводит к нерациональному использованию двигателя одного из исполнительных органов и др.
Нагрузка на очистной забой при комбайновой выемке угольных пластов рассматриваемого диапазона мощностей является недостаточно высокой. Анализ показывает, что среднесуточная нагрузка на очистной забой на шахтах Восточного Донбасса составляет от 500 до 1200 т/сут.
Применение струговых установок позволяет устранить некоторые из указанных выше недостатков, присущих комбайновой выемке угля. Быстроходные германские струговые установки фирм "Вестфалия - Люнен", "Хальбах и Браун" и советские струговые установки типа УСБ в свое время нашли ограниченное применение при выемке антрацитовых углей Донбасса. Там же на некоторых пластах успешно применялись и струговые установки скользящего (СО) и отрывного (СН) типов созданные ШахтНИУИ. Но при эксплуатации в постоянно усложняющихся горно-геологических условиях струговые установки старого типа (как советские, так и немецкие) не нашли широкого применения на угольных шахтах по причинам:
- недостатков конструкции струговых установок;
- несовершенства технологии струговой выемки;
- невозможности достижения приемлемых с экономической точки зрения показателей при выемке крепких и вязких углей и др.
В начале 90-х годов прошлого столетия, фирмой ДБТ предложена система дозированной струговой выемки, которая позволила устранить ряд серьёзных недостатков присущих струговой выемке ранее. Выемка стругом с заданной глубиной стружки технологически оптимизирована таким образом, что сохраняет установленную глубину с высокой точностью независимо от блокировок или люфта направляющих. Таким образом, можно выбрать глубину стружки в зависимости от сопротивления угольного забоя или нагрузки на конвейер. Это предотвращает холостые ходы струга и его блокировку. Повышается глубина стружки и площадь выемки. Весь блок приводов нагружается равномерно, что повышает срок эксплуатации. Однако, струговые установки нового типа также не лише-
Рис. 1. Общий вид комплекса с БВМ
ны недостатков:
- горно-геологические уело-вия должны быть благоприятными - выдержанное залегание пластов без значительных нарушений;
- стоимость струговой установки без мехкрепи составляет 200-250 млн руб.;
- требуется исключительная
квалификация персонала при работе с высококомпью-
теризированным очистным оборудованием и др.
Последние указанные факторы затрудняют массовое внедрение струговых установок нового технического уровня. В России за последнее десятилетие струговая технология выемки практически сошла на нет. Уменьшение струговых лав объясняется, прежде всего, ухудшениями горно-геологи-ческих условий разработки, которые струги старого типа преодолеть не смогли, а внедрение немецких стругов нового технического уровня практически не проводилось по вышеуказанным причинам.
Учитывая вышеизложенную ситуацию с механизацией выемки тонких пологих угольных пластов, Национальный научный центр горного производства - институт горного дела им. A.A. Скочинского совместно с ОАО «ПНИУИ» разработал новую технологию выемки этих пластов, заключающуюся в следующем: выемка угольного пласта осуществляется путём отделения от массива узкой ленты шириной 0,24^0,33 м быстроходной выемочной машиной (БВМ), передвигающейся по очистному забою со скоростью до 30 м/мин. В качестве исполнительного органа БВМ применяется специальная фреза.
Значительный эффект в результате применения предлагаемой технологии может быть получен за счет снижения энергоемкости разрушения угля, почти приближающейся к показателям при струговой выемке, а также принципа качения, применяемого в БВМ, вместо применяющегося в узкозахват-
Рис. 2. Запасы угля в тонких угольных пластех (на балансе действующих шахт России (на 01.01. 02)
Комплексная механизация и средняя нагрузка на очистной забой на шахтах Восточного Донбасса, разрабатывающих угольные пласты мощностью 0,85 +.1,4 м
№ п/п Наименование шахты (отрабатываемого пласта) Число действующих забоев Средняя нагрузка на забой (на 08. 2004г.), т/сут Тип комплекса (выемочной машины) на 1.01.2004
1 ш. Октябрьская (к5. ; к5,) 1 ' 1МКД-80 (1К101У)
2 ш. Аютинская (¡3 ) 1 - 2МКД-90 (2ГШ-68)
3 ш. им. М.П. Чиха () 2 110; 288 Дон-Фалия (1К103), Дон-фалия (1СН-99)
4 ш. Гуковская (к; к\в ) 2 2950; 517 3МКД90Т(КШ1КГУ), МП-06/15(1К101У)
5 ш. им. 50-летия Октября (1б-13; 12- 1В ) 4 1260; 1042; 397; 573 2МКД-90Т (1ГШ-68) 2МКД-90Т (1ГШ-68) 2МКД-90Т (1ГШ-68) 2МКД-90Т (1ГШ-68)
6 ш. Ростовская (К2; ) 2 1262; 1267 1МК-103 (К-103Т); 1МК-103 (К-103Т)
7 ш. Алмазная (1б -13- СП) 2 2021; 2243 3МКД-90Т (1ГШ-68), 3МКД-90Т (1ГШ-68)
8 ш. Замчаловская (к3 ) 1 722 1МК-103 (К-103М)
9 ш. Дальняя (к2) 2 1200; 166 2МКД-90Т (1ГШ-68) 2МКД-90Т (1ГШ-68)
10 ш. Западная( ¡3; к3 ) 2 508; 539 3МКД-90Т (КШ1КГУ), 1МКД-90 (1К101У)
11 ш. Обуховская (¡3 ; к2) 5 132; 1100; 1000; 1100; 1000 ДФ-5 (1К101У) ДФ-5 (1К101У) КМ-88 (1К101У) КМ-88 (1К101У) КМ-88 (1К101У)
ных комбайнах и стругах способа перемещения трением по скребковому конвейеру. БВМ может быть хорошо взаимоувязана практически со всеми видами отечественных и зарубежных мехкрепей при минимальных затратах. Применение БВМ в составе очистных механизированных комплексов позволяет более эффективно переходить очистными забоями мелкоамплитудную внутристолбовую на-рушенность, особенно в случае создания исполнительного органа типа «фреза» со сменным режущим инструментом, предназначенным для выемки достаточно крепких пород в зоне выявленной нарушенное™ в процессе ведения очистных работ.
Следует отметить, что аналогичные работы по созданию технологии выемки угольных пластов с применением БВМ с малым захватом
0,24-0,3 м велись в России с большими перерывами на протяжении последних 30-35 лет, но так и не были завершены из-за недостаточного финансирования и внимания к ним со стороны бывшего Минуглепрома СССР.
В мировой практике использование одношнековых комбайнов с малым захватом имеет место на шахтах США и Австралии, где с начала 90-х годов применяют одношнековые комбайны типа «Колмил» с захватом 0,3 м и ЕСА-60 с захватом 0,4 м. Комбайн «Колмил» с электродвигателем 300 кВт, вынесенной системой подачи и скоростью до 30 м/мин обеспечивал нагрузку на длинную лаву до 4000 т/сут.
Одношнековый комбайн с малым захватом, как и струг, работает в зоне отжима, что существенно снижает усилие на отбойку уг-
ля от массива, а следовательно снижает энергоемкость разрушения угля в 2-2,5 раза. Уменьшается запыленность воздуха, что увеличивает безопасность ведения горных работ. Значительно повышается выход сортовых углей, что увеличивает экономический эффект от добычи. Стабилизируется динамика выделения метана из отбитого угля и угольного массива. Одношнековый комбайн по сравнению с двушнековым имеет более компактный размер, что позволяет ему, как и стругу, зарубываться «в лоб» забоя, избегая косых заездов. Трудоемкость работ на концевых участках уменьшается в 2 раза, что
1. Артемьев В.Б., Меркулов A.B. Состояние и развитие угольной отрасли Гуковского региона // Уголь. -2002. - №8.
2. Буссманн X., Нинхаус К. Перспективы комбайновой выемки угля на тонких пластах// Глюкауф. - 2000. -№2(3). - С. 19-25.
3. Измалков A.B., Лаврухина Л.Я., Попов С.Ф., Ли-манский A.B. Перспективы развития высокопроизводительных энергосберегающих технологий выемки пологих пластов на шахтах России // Сборник научных сообщений ННЦ ГП - ИГД им. A.A. Скочинского. - 2004. -№328. - С. 65-73.
4. Разумняк Н.Л., Мышляев Б.К. Основные направления развития технологий и средств комплексной ме-
соответственно сокращает численность персонала в забое и существенно повышает уровень производительности труда. В отличие от струга одношнековый комбайн мобилен, благодаря чему он легче преодолевает геологические нарушения. Таким образом, отличительной особенностью выемочных комбайнов с малым захватом является то, что они сочетают в себе достоинства струговой и комбайновой выемочной техники. Следовательно, применение этих выемочных машин для отработки тонких пологих угольных пластов является перспективным.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ханизации очистных работ для отработки пологих угольных пластов// Уголь. - 2001. - №6.
5. Прогнозный каталог шахтопластов Донецкого угольного бассейна с характеристикой горногеологических и горнотехнических факторов на 1995 и 2000 г.г., М., 1991.
6. Прогнозный каталог шахтопластов Кузнецкого угольного бассейна с характеристикой горногеологических и горнотехнических факторов на 1995 и 2000 г.г., М., 1991.
7. Обобщение и систематизация производственно -технической отчетности по акционерным обществам, компаниям и государственным предприятиям угольной промышленности за 2004 год. М., Росинформуголь.
Коротко об авторах -----------------------------------------------------------------
Лиманский A.B. - мл. научный сотрудник лаборатории «Технология и механизация горных работ»), инженер, (ННЦ ГП - ИГД им A.A. Скочинского.
------Ф
Ъ-------
------------------------------------------ © Г.И. Соловьев, 2005
УДК 622.831 Г.И. Соловьев
О НОВОЙ КОНЦЕПЦИИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ВЫЕМОЧНЫХ ВЫРАБОТОК В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ОЧИСТНЫХ РАБОТ
Семинар № 11
