CC BY
28
© С.Г. Фомичев, 2007
УДК 622.648.24 С.Г. Фомичев
ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ГИДРОМОНИТОРАМ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИМ СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ УГЛЯ ПРИ ОЧИТНОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ВЫЕМКЕ
На протяжении ряда лет институтом ВНИИгидроуголь проводились испытания технологических схем отработки крутых пластов гидравлическим способом гидромониторами 12ГД 2, 16ГД -10 и ГДМС12, которые выявили общий недостаток, заключающийся в оставлении части запасов угля в тупиковой зоне очистных заходок из-за отсутствия возможности разворота ствола гидромониторов в выемочной выработке на требуемые углы (см. табл.)
В основе выявленного недостатка лежит не соблюдение условия о соответствии параметров рг гидромониторов и параметров рв выемочных выработок (рис. 1)
(1)
где рв и рг - условное обозначение групп параметров выработки и гидромонитора; Нч и Вч - размеры сечения выемочной выработки в черне -высота и ширина; Ув и 2в - габариты
гидромониторов в рабочем положении - высота и ширина.
Для обеспечения более полной выемки угля в тупиковой зоне сформировались два направления работ: первое - увеличение сечений выемочных выработок, реализуемое за счет применения различных способов отработки очистных заходок (табл. 1); второе - снижение рабочих габаритов гидромониторов за счет уменьшения длины ствола, которое себя не оправдало из-за ухудшения качества струи.
Потери угля в тупиковой зоне зависят от расположения выработок по мощности пласта с минимальными значениями у пород - кровли и почвы (рис. 2), поэтому гидромонитор, устанавливается у одного из двух её бортов (рис. 1):
- при тк < т/2 или тк < тп, то со стороны кровли пласта и тт = тк; (2)
- при тк > т/2 или тк > тп, то со стороны почвы пласта и тт = тп, (3)
где тк и тп - нормальное расстояние от оси выработки до кровли и почвы пласта; т - нормальная мощность пласта; тт - минимальное расстояние от оси выработки до боковых пород.
в
ч
Таблица
Наименование углов поворота ствола относительно центральной оси гидромонитора 0 - 0 Условное обозначение углов
горизонтальные ве рти кал ьные
влево вправо вверх вниз
Требуемые, для полного извлечения угля в заходке «гл «гп авв ави
Достигаемые, в точке касания (-)К выработки стволом аглк агпк аввк авнк
Рис. 1. Схема расположения тупиковой зоны в очистной заходке при отработке мощных пластов крутого падения гидравлическим способом из-за не соответствия габаритов гидромонитора размерам сечений выемочных выработок
Таблица 1
Способы отработки очистных захоаок с расширением выемочных выработок
Наименование и краткое описание способа отработки заходок Область применения, недостатки способа и безопасность работ
1. Одноэтапный способ отработки заходок из выемочных выработок, пройденных сечением с максимальными размерами1 для разворота ствола гидромонитора. Использовался на верхних горизонтах гидрошахт при не значительном влиянии горного давления. Характеризуется увеличением затрат на поддержание выработок.
2. Двухэтапный способ отработки заходок с проведением выработок минимальным се- 2 чением устойчивым к горному давлению и последующим его расширением. Характеризуются минимальными затратами на крепление и поддержание выемочных выработок по сравнению с другими способами отработки заходок.
2.1. Буровзрывной способ расширения выработок или сотрясательное взрывание для ослабления угольного массива по контуру выработок. Широко использовался при взрывогидравлической технологии на верхних горизонтах гидрошахт.3 Не рекомендуется на газовых шахтах по условиям безопасности.
2.2. Геотехнологический способ основан на отжиме угля по контуру выработок силами горного давления с обрушением после удаления крепи. Применение ограничено разгрузкой: за зонами горного давления, в надработан-ных и подработанных участках. Потери угля возрастают на 3 - 5 % в зонах разгрузки.
2.3. Ручной способ расширения выработок основан на разборке трещиноватого массива по контуру выработки (бортов) с использованием ручного инструмента. Применяется совместно с геотехнологиче-ским способом п. 3.2. Характеризуется увеличением потерь угля на 3 - 5 %, продолжительности и трудоемкости работ4
3. Двухсторонний способ отработки из выработок минимальным сечением2 с выемкой угля на противоположных бортах за счет перехода к двухсторонней схеме установки оборудования у двух бортов. Использовался при наличии запасов угля в тупиковой зоне в достаточном объеме -более 3 - 5%. Характеризуется увеличением потерь угля на 3 - 5% и увеличением продолжительности отработки заходок5
1 Ширина выемочных выработок для поворота ствола гидромонитора 12ГД 2 от его оси 0 - 0 в обе стороны на требуемый угол 900 составляет Вч = 2,7 - 3,0 м.
2 Действительная ширина выработок по условиям устойчивости составляет Вч = 1,8 - 2,4 м.
3 4 и 5 Затрачивается дополнительное время соответственно: на буровзрывные работы 1,2
- 2,0 ч; на ручную разборку массива 0,3 - 0,8 ч; на перестановку забойного оборудова-
ния (гидромонитора, желобов, водоводов и т.д.) к противоположному борту 1,4 - 2,3 ч.
В сложных горно-геологических условиях залегания крутопадающих пластов целесообразному расположению выработок по мощности пласта мешают геологические нарушения в виде смещений отдельных участков пласта по мощности, низкая прочность пачек угля / < 0,7 снижающая устойчивость выемочных выработок и их высокая прочность / > 1,3 для их гидравлического проведения.
Потери угля в тупиковой зоне подразделяют на действительные -получаемые при полном или частичном применении различных способов отработки заходок в расширением выработок (табл. 1) и возможные - без их применения
V
Птв = —100% ;
VГ3
V, = {(Вч, Нч, Zв, У), (4)
Рис. 2. Зависимость потерь угля в тупиковых зонах очистных заходок Пт при выемке гидромонитором 12ГД 2 от минимального расстояния тт измеряемого от оси выработки до боковых пород на крутопадающем пласте IV Внутренний ш. «Красногорская» (т = 9 м; Я = 1,35 м; Zг = 2,2 м; Вч = 2,4 - 2,9 м; а = 60Р)-.
~ ~ - возможные потери угля Птв;
- действительные потери угля Птд
Потери от расположения выработок: 1 - со стороны пород
почвы пласта; 2 - со стороны пород кровли пласта; 3 -
средние по отрабатываемому пласту
где Птв - возможные потери угля в тупиковой зоне; Vв - возможный объем потерь угля в тупиковой зоне; V,, -полный объем угля в теоретическом контуре очистной заходки.
Действительные потери в тупиковой зоне Птд зависят от объема возможных потерь угля Птв величина которых влияет на принятие решения о их извлечении
Птд = V! 100% ;
VM — VB (1 Пго);
(5)
Лто —
Л3
2тт - тв
V т - тв J
В
Тв —
cos a
где Птд - действительные потери угля в тупиковой зоне; Vд - действительный объем потерь угля в тупиковой зоне; цто - коэффициент средних потерь угля в тупиковой зоне; тв - ширина выработки по нормали к пласту; а и т - угол падения и нормальная мощность отрабатываемого пласта.
Обработка статистических данных показывает, что существует некоторое критическое значение возможных потерь угля в тупиковой зоне П1вк при котором:
- если Пв > Пвк, то принимается решение по извлечению;
- если П1в < Пвк, то уголь не извлекается,
где Птвк - возможные критические потери угля в тупиковой зоне Птвк ~ 3 ч 5%.
Величина параметра Птвк может отклоняться от рекомендуемого значения, потому что на принятие решения по извлечению угля влияет трудоемкость дополнительно выполняемых работ при различных способах выемки (табл. 1) или простое отсутствие времени на их выполнение.
На расположение гидромонитора в выработке влияют его рабочие габариты
ZB — Rc (sin аш + sin ага) и (6)
Ув — Rc (sin авв + sin авн) + Ув; (7)
где Rc - радиус вращения ствола - от точки вращения (-)В до среза насадка;
ув - расстояние между насадком и почвой выработки, ув = 300 - 500 мм.
Требуемые параметры сечения выработки вчерне
ВЧ7= 2в + 2ёг и (8)
Нчт= Ув + ду, (9)
где Вчт и Нчт - требуемая ширина и высота выработки в черне по осям У и
2; д2 и ду - зазоры между насадком и выработкой по осям У и 2, д2 = ду = 50 мм.
Соответствие габаритов гидромонитора параметрам сечения выемочной выработки пройденной в свету, а не вчерне, является более жестким, но более рациональным технологическим требованием, т.к. упрощает разборку крепи на начальной стадии отработки заходок при условиях
Вчт — Вст; Нчт — Ист] НС — Нту; НС — Н■тz,
(10)
где Вст и Нст - требуемая ширина и высота выработки в свету по осям У и 2; Нту и Н^ - требуемые радиусы вращения ствола гидромонитора по осям У и 2.
Требуемые радиусы вращения ствола гидромонитора Нту и Н^ определятся из выражений (8) и (9) с подставкой формул (6) и (7) и условий (10)
В — 28
Ятг =----- ---------—; (11)
sinaгл + ятагп
Н — у — 8
Ну =---------------У- . (12)
8тавв + этавн
Технологически требуемый радиус вращения ствола Нвт определится из выражений (11) и (12) и выбором минимального из двух значений Н^ и Нту
- при Нту < НТ2, принимается Нвт = Нту;
(13)
- при Нту > НТ2, принимается Нвт = НТ2, где Нвти - технологически требуемый радиус вращения ствола гидромонитора.
Рассмотрим реализацию технологических требований предъявляемых к переносным гидромониторам для условий проведения подэтажного штрека с поперечным сечением в свету БС = 4,0 м2 и креплением - не полный дверной оклад с деревянной перетяжкой межрамного пространства. После воздействия горного давления и проведения мер по поддержанию штрека (рис. 3 - а и б), его сечение в свету уменьшается до БС = 2,7 - 3,2 м2 с размерами Нст Ч Вст = 1800 х(1600 - 1800) мм.
Рис. 3. Сечения подэтажного штрека после проведения работ по его поддержанию - перед выемкой угля в очистной заходке
Вид сбоку
Вид сверху
Условные
обозначения:
1 - подводящий канал;
2 ■ стол;
3 - переходник с
насадком;
4 - вертикальный
шарнир;
5 - восходящий канал;
6 - горизонтальный
шарнир;
7 - поворотный канал;
8 - горизонтальный
гидроцилиндр;
9 - вертикальный
гидроцилиндр;
10 ■ механизм смены
положения ствола;
11 - опорные сани;
12 - струя воды.
Рис. 4. Общий вид макетного образца гидромонитора ГПДМ 12-10 установленного в подэтажном штреке разработанного в институте ВНИИгидроуголь
Из выражений (11) и (12) определяем Нш = 700 мм и Нту = 860 мм. Технологически требуемый радиус вращения ствола Нв из условия (13) составит
Нвт = Ну = 700 мм.
(14)
Радиус вращения ствола серийного гидромонитора 12ГД 2 составляет НС = 1350 мм и не соответствует технологическим требованиям (14). У гидромонитора ГПДМ 12-10 снижение радиуса вращения ствола Нвт достигается переносом точки вращения (-)В в его центр без снижения длины и ухудшения качества струи (рис. 4)
И
я, — ь
3
= 1350 /2 = 600 мм, (15)
где ЬС - длина прямолинейного ствола гидромонитора без поворотных каналов.
Получаемый по формуле (15) радиус вращения ствола гидромонитора ГПДМ 12-10 соответствует предъявляемым требованиям (14), а именно 600 мм < 700 мм.
Реализация технологических требований по приведению в соответствие рабочих габаритов гидромониторов размерам поперечных сечений выемочных выработок, при очистной гидравлической выемке угля в сложных горно-геологических условиях отработки мощных крутых пластов, позволяет:
1. Снизить эксплуатационные потери угля на 3-5 % за счет исключения потерь угля в тупиковых зонах очистных заходок;
2. Сократить технологический цикл по выемке угля за счет исключения дополнительных затрат времени на расширение сечений выемочных выработок.
с
— Коротко об авторах------------------------------------------------------
Фомичев С. Г. - Новокузнецкий филиал-институт Кемеровского государственного университета, г. Новокузнецк.
© С.Г. Фомичев, 2007
УДК 622.271.326:65.012.224 С.Г. Фомичев
УСЛОВИЯ СИНТЕЗА КОМБИНИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ВЫЕМКИ УГЛЯ В КОРОТКИХ ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ
Основными недостатками гидравлической технологии очистной выемки угля с использованием гидромониторов 12ГД 2, 16ГД, ГДМС 12-10, традиционно является высокая энергоемкость добычи и большие потери угля. На протяжении ряда лет основным направлением снижения энергоемкости и увеличения производительности выемки угля в институте ВНИИгидроуголь считалось увеличение давления воды Р подводимого к гидромонитору, которое производилось поэтапно по мере разработки нового высоконапорного оборудования Р1 = 4 - 6 МПа; Р2 = 8
- 12 МПа и Р2 = 14 - 16 МПа.
На первых двух этапах с увеличением давления происходило снижение энергоемкости добычи угля. На третьем этапе - на ш. Красногорская, ожидаемого снижения энергоемкости не произошло, она возросла на 15 - 25 % [1]. Численное моделирование с использование математической модели очистной гидравлической выемки угля, подтвердило полученный результат, (рис. 1). Анализ результатов моделирования параметров гидравлической технологии на примере отработки пласта IV Внутренний при изменении давления воды в диапазоне Р = 8 ч 16 МПа (табл. 1) позволяет установить причины сложившегося положения и сделать выводы:
1. По очистной гидравлической выемке угля. Наблюдаемое ограничение производительности Пв до определенного уровня и рост энергоемкости Эв связаны с увеличением доли продолжительности операций забойного пульпоформирования в общей продолжительности процесса гидравлической выемки угля.
2. По забойному пульпоформиро-ванию. Продолжительность операций процесса пульпоформирования не зависит от давления воды Р. На пуль-поформирование влияет несущая способность потока пульпы на почве заходок. Наиболее правильным направлением увеличения производительности и снижения энергоемкости процесса гидравлической выемки является сокращение продолжительности операций забойного пульпоформирования.
3. По гидравлическому разрушению угля. Увеличение производительности гидравлического разрушения Пр приводит к снижению его энергоемкости, но получаемые показатели превышают показатели механического разрушения Эр = 1 - 2 кВтч/т. Дальнейшее снижение энергоемкости гидравлического разрушения должно производится за счет увеличения гидродинамических параметров струй - более эффективного формирования струй в каналах гидромонитора и повышения давления
Таблица 1
Анализ изменения показателей гидравлической выемки угля при увеличении давления воды от 8 МПа до 16 МПа
Производительность П Энергоемкость Э
Выемки угля Пв Разрушения Пр Выемки угля Эв Разрушения Эр
При Р^16 МПа ограниченно растет и стремится к придельному значению (уровню) Пв т= 30 - 50 т/ч. При Р^16 МПа не ограниченно растет в квадратичной зависимости до значений Пр = 200 -300 т/ч При Р = 8 - 11 МПа снижается до минимума Эвт = 30 -35 кВтч/т. При Р = 12 - 16 МПа растет до Эв = 35 - 45 кВтч/т. При Р^16 МПа постоянно снижается до минимального значения (уровня) Эрт= 12 - 15 кВтч/т
воды. Также рассматривалась возможность использования механического способа разрушения или комбинированных способов.
Перед выбором одного из направлений рассмотрим опыт создания ме-ханогидравлической технологии на начальных этапах развития гидродо-
бычи, разрабатываемой для снижения энергоемкости гидродобычи.
Механогидравлическая технология является одним из вариантов комбинированного процесса выемки угля с использованием двух базовых технологий механизированной и гидравлической. От базовых технологий были
Рис. 1.- Зависимость параметров процесса очистной гидравлической выемки угля гидромонитором 12ГД 2 от давления воды Р на примере отработки мощного кру-тозалегающего пласта IV Внутренний ш. Красногорская при диаметре насадка d = 20 мм, наклонной высоте подэтажа Ин = 12 м, условном приделе гидравлической разрушаемости угля Яу = 2,3
Таблица 2
Условия применения гидравлической технологии добычи угля
Условия применения Недостатки механогидрав-лической технологии Достоинства гидравлической технологии
Не закрепленная кровля, динамка проявлений горного давления и сложность прогнозирования границ зон геологических нарушений. 1. Отказы комбайна находящегося в не закрепленном забое. 1. Отсутствие отказов у гидравлического инструмента -струи гидромонитора.
2. Аварии в результате преждевременного обрушения кровли на комбайн. 2. Отсутствие аварий у струи из-за преждевременного обрушения кровли.
использованы процессы, реализуемые с меньшими затратами энергии:
- механическое разрушение угля -от механизированной технологии;
- транспортирование угля низконапорной водой - от гидравлической.
Технология эффективно использовалась на гидрошахтах с энергоемкостью выемки угля близкой к механизированной, но имела очень узкую область применения, зависящую от размеров стреловидного телескопического рабочего органа, габаритов комбайнов и сцепления самоходных средств с наклонной почвой пласта:
- мощность отрабатываемых пластов т = 1,8 ^ 3,0 м;
- угол залегания пластов а = 6,0 ^ 150.
Гидравлическая технология имеет минимальные ограничения:
- мощность отрабатываемых пластов т = 0,8 ^ любая;
- угол залегания пластов а = 6,0 ч любой до 900.
Широкая область применения очистной гидравлической выемки угля свидетельствует о наличии в ней скрытых технологических признаков, резко отличающих её от других известных технологий.
А. Отсутствие дополнительных требований к забойному оборудованию при смене горно-геологических условий залегания пластов.
При изменении угла падения и мощности пластов гидромониторы, водоводы и желоба не требуют конструктивных изменений. Выемка угля производится только за счет пространственной ориентации струи относительно выемочной выработки. Указанный технологический признак, отличающей её от других исполнительных инструментов для разрушения угля, реализуется дистан-ционностью действия струи за счет переноса энергии от источника (гидромонитора), в зону разрушения на любое расстояние в приделах её рабочей длины.
Б. Высокая надежность оборудования и простота его эксплуатации.
В результате устранения недостатка присущего гидравлической технологии - высокой энергоемкости, за счет перехода механическому разрушению, механогидравлическая технология приобрела недостатки, которые сформированы в противофазе преимуществ гидравлической технологии (табл. 2).
Не смотря на то, что управление комбайном производится дистанционно, возникающие аварийные ситуации требуют специальных мероприятий по устранению отказов и по его извлечения из не закрепленного очистного забоя.
В. Гибкость безнапорного гидротранспорта угля из забоя.
Механогидравлическая технология эффективно использует безнапорный гидротранспорт угля из забоя. Механизированная технология с использованием комплекса оборудования типа «Джой» также обладает технологической гибкостью за счет выдачи угля автотранспортом и специальными конвейерами, но не обладает простотой оборудования при безнапорном гидротранспорте.
Г. Гибкость схем подготовки выемочных участков.
В изменяющихся горно-геологических условиях к гидравлической технологии не предъявляются жесткие требования к параметрам забоев в т.ч. к ширине подготавливаемых полос, характерные при механизированных технологиях.
Объединяя все положительные технологические признаки, рассмотренные в п. А - Г, формулируется общее преимущество гидротехнологии перед другими технологиями, которому дано определение - «Легкая адаптация к изменяющимся горногеологическим условиям».
Параллельно с гидравлической технологией легко адаптируются другие технологии, например, комплексно механизированные, что подтверждается опытом работы гидрошахт и говорит о её «Технологической преемственности».
Полная оценка достоинств и недостатков гидравлической технологии основанная на использовании опыта эксплуатации гидрошахт в сопоставимых горногеологических условиях с другими технологиями приведена в табл. 3.
В результате проведенных исследований можно сформулировать условия синтеза новых комбинированных гидравлических технологий:
1. Использовать преимущество гидравлической технологии - легкую адаптацию к изменяющимся сложным
горно-геологическим условиям залегания пластов основанную на дистан-ционности выполнения забойных операций на расстоянии равном длине рабочей струи гидромонитора.
2. Устранить недостатки гидравлической технологии очистной выемки угля, а именно снизить энергоемкость и потери угля.
При использовании гидравлического разрушения угля задача по достижению комбинированной гидравлической технологией энергоемкости Экг уровня механизированной технологии Эм разбивается в соответствии с количеством рабочих процессов входящих в гидравлическую технологию (рис. 2).
1. Снижение энергоемкости гидравлического разрушения:
1.1. Улучшением гидродинамики струи, а именно коэффициента осевого динамического давления струи гидромонитора Кд;
1.2. Повышением давления воды Р подводимого к гидромонитору.
2. Снижение энергоемкости забойного пульпоформирования:
2.1. Сокращением продолжительности операций забойного пульпоформирования выполняемых последовательно с разрушением;
2.2. Параллельным выполнением операций забойного пульпоформирования и гидравлического разрушения;
2.3. Заменой не эффективного способа реализации операций забойного пульпоформирования струей гидромонитора:
2.3.1. Механизированную равномерную выгрузку отбитого угля по неровной почве забоя в пульпоприемный желоб;
2.3.2. Механизированное приготовление угля, а именно дробление негабаритов и удаление элементов крепи.
Таблица 3
Сравнительный анализ гидравлической технологии очистной выемки угля с другими известными технологиями_________________
Преимущества (П)
Недостатки (Н)
Гидравлической технологии перед комплексно-механизированной
П.1. Более полное извлечение угля из недр в границах шахтного поля со сложными гоногеологическими условиями залегания пластов (расчетный, не утвержденный показатель).
Достигается при существующем недостатке
- более высоких потерях угля в очистных забоях (см. п. Н.1), за счет извлечения запасов угля в шахтном поле не извлекаемых комплексно-механизированной технологией:
а) запасы угля, которые можно извлечь только при наличии преимуществ гидротехнологии (см. п. П.2 - П.4 - а):
- в геологических складках;
- в зонах геологических нарушений;
- в зонах со слабой обводненной кровлей;
б) запасы угля, извлекаемые любой короткозабойной технологией (см. п. П.1.4 - б):
- у выходов пласта под наносы;
- в целиках оставляемых при раскройке выемочных полей под длинные забои.
П.2. Легкая адаптация к изменяющимся сложным горно-геологическим условиям залегания пластов. Достигается за счет: а - исключения расположения оборудования в отработанном пространстве заходок; б - струйного сканирования заходок любой формы в приделах длины рабочей струи; в - исключения крепления отработанного пространства заходок;
г - отсутствие рабочих в отработанном пространстве при отказах оборудования, его монтаже и демонтаже.
П.3. Технологическая гибкость.
Достигается за счет:
а - простоты и гибкости схем безнапорного гидротранспорта угля;
б - малых размеров коротких забоев обеспечивающих простую раскройку участков. П.4. Дистанционность управления забойным оборудованием. Достигается выносом маслонасосной станции и пульта управления.
П. 5. Технологическая преемственность механизированной и комплексно механизированной технологий.
Н.1. Высокие потери угля в очистных забоях и соответственно низкий коэффициент извлечения угля (утвержденный показатель) и более низкое извлечение угля из недр в границах шахтного поля с выдержанными горно-геологическими условиями залегания пластов (расчетный, не утвержденный показатель).
Причинами являются:
- использование целиков угля для ограждения забоев от обрушенных пород и поддержания кровли;
- отсутствие возможности проведения маркшейдерских замеров угольных целиков в незакрепленном пространстве забоев.
- не рациональное расположение выемочных выработок и охранных целиков угля. Н.2. Высокая энергоемкость.
Причинами являются:
а - не эффективное формирование струи с низкими гидродинамическими показателями;
б - низкий коэффициент использования энергии струи на разрушение угля; в - высокая энергоемкость операций забойного пульпоформирования:
- выгрузка (смыв) отбитого угля;
- разбивка негабаритов струей;
- разбучивание оборудования и т.д.
Н.3. Аварийность гидротранспорта по прорыву пульпы. Причинами являются:
- забучивания негабаритами;
- неровность почвы заходок;
- конструкция гидромонитора.
Н.4. Сложность организации проветривания очистных забоев за счет общешахтной депрессии, которая заключается в отсутствии возможности проведения дополнительных выработок по ширине полосы, для выдачи исходящей струи воздуха по причинам: а - снижения устойчивости выемочных и вентиляционных выработок пройденных в полосе не достаточной шириной; б - ограниченной дальности действия струи 10 - 12 м и соответствующее ограничение ширины отрабатываемых полос.
2. Гидравлической технологии перед механогидравлической и механизированной
См. п. П.2.
См. п. Н.2 - Н.4.
Таблица 4
Энергоемкость процессов гидравлической технологии добычи угля
Наименование процесса Энергопотребляющие звенья и операции
Гид- равли- ческий 1. Выемка угля в очистном забое КПД насоса, гидравлическое сопротивление водоводов, гидравлическое разрушение угля, приготовление и выгрузка угля, безнапорный гидротранспорт отбитого угля на длину Цр.
2. Транспорт угля из забоя
Меха- ниче- ский 1. Выемка угля в очистном забое Механическое разрушение угля и его погрузка в транспорт. Подавление и улавливание пыли.
2. Транспорт угля из забоя на длину Цр 2.1. Ленточные конвейеры
2.2. Скребковые конвейеры
В основу комбинированной гидравлической технологии заложено условие соответствия производительности по выемке Пвкг производительности пульпоформирования Ппкг и гидравлического разрушения Пркг выполняемых параллельно
Пвкг = Пркг (1)
и Ппкг > Пркг, (2)
Условие (2) показывает теоретическую способность пульпоформирования Ппкг перерабатывать уголь, поступающий от гидравлического раз-
рушения.
Общая энергоемкость выемки угля Эвкг является суммой затрат энергии на реализацию пульпоформирования Эпкг и гидравлического разрушения Эркг (рис. 2).
Численное значение требуемой энергоемкости комбинированной гидравлической технологии определялась через равенство энергоемкости механизированной технологии выемки в сопоставимых условиях (табл. 4).
Условные обозначения:
1-Гидравлическаятехнология, 12ГД2, Ко =
0,3; Р = 8-16 МПа, 6 = 20 мм;
2 - Комбинированная гидравлическая техно-
логия Кд = 0,75;Р =8-16МПа, с/ = 20мм;
3 - Механизированная технология;
-------Выемка угля;
....- Разрушение угля.
Рис. 2. Сема для определения энергоемкости Эвкг комбинированной
гидравлической технологии очистной выемки угля в зависимости от коэффициента цэ\ РКд , где пэ - коэффи-
циент Пэ учитывающий соотношение прилагаемой энергии динамическим потоком -струёй и прочностной характеристикой угля; Кд - коэффициент осевого динамического давления струи; Иу- - условный придел гидравлической разрушаемости угольного массива
4 8 12 16 /», м
Рис. 3. Зависимость потерь угля в очистных заходках По от её высоты А и длины Ь при системе разработки с полным обрушением кровли на пластах крутого падения • - IV Внутренний, ▲ - II Внутренний и ■ - Проводник.
Э - Э + Э
вкг пкг
ркг (3)
Необходимость выбора сопоставимых условий связана с тем, что энергия, затраченная на создание высокого напора воды, расходуется на два процесса реализуемых последовательно в одной технологической цепи
- гидравлическую выемку угля и безнапорный гидротранспорт. Для схем вскрытия и подготовки гидрошахт на крутых пластах средняя длина пути гидротранспорта от забоев до обезвоживающей или пульпоперекачной станции составляет Цр - 600 м.
Значение энергии затрачиваемой на тонну добываемого угля при механизированной технологии зависит от энергопотребления приводами транспортных средств и составляет:
Эвм - 3 - 4 кВтч/т - при использовании ленточных конвейеров;
Эвм - 8 - 10 кВтч/т - при использовании скребковых конвейеров.
Для определения требуемых потерь угля при комбинированной гидравлической технологии очистной выемки угля при отработке пластов крутого падения рассмотрим возмож-
ность снижения потерь угля за счет применения:
А. Системы разработки пластов крутого падения гидравлическим способом с гибким перекрытием в одной плоскости, для отработки мощных пластов.
Б. Системы разработки пластов крутого падения гидравлическим способом с гибким перекрытием, монтируемым на почве выемочной выработки.
Система разработки Б предназначена для отработки пластов средней мощностью, причем горизонтальная мощность пласта соизмерима с шириной сечения выемочной выработки, на которой монтируется гибкое перекрытие и проведения монтажного слоя не требуется. Следовательно, система разработки Б является упрощенным вариантом системы разработки А, что позволяет объединить их под одним названием - система разработки пластов крутого падения гидравлическим способом СРПКПГ с гибким перекрытием в одной плоскости - Г1П.
Таблица 5
Показатели для комбинированной гидравлической технологии очистной выемки угля
Наименования показателей Величина показателя
Базовые Требуемые
1. Энергоемкость очистной выемки Эвкг, кВтч/т 30 - 35 3 - 4
1.1. Гидравлического разрушения Эркг: 12 - 15 ю счТ о, счТ
- при повышении гидродинамики струи Кд; сТ СМ оТ со оТ чо оТ
- при повышении давления воды до 16 МПа 10 - 12 16 - 18
1.2. Забойного пульпоформирования Эпкг: 18 - 22 1,0 - 1,5
- при механизации выгрузки угля; 10 - 12 ,8 0, ,6 0,
- при механизации приготовления угля. 8 - 10 ,7 0, ,4 0,
2. Потери угля в очистных забоях, % 2.1. СРПКПГ-ОК с полным обрушением кровли По: 17 - 33 12 - 24
- на мощных пластах 27 - 33 19 - 24
- на пластах средней мощности 22 - 27 14 - 19
- на тонких пластах 17 - 22 12 - 14
2.1. СРПКПГ-Г1П с гибким перекрытием Пог: 14 - 22 11 - 18
- на мощных пластах 20 - 22 14 - 18
- на пластах средней мощности 16 - 20 12 - 14
- на тонких пластах 14 - 16 11 - 12
При отработке нарушенных выемочных участков, отсутствует возможность проведения горизонтального монтажного слоя, поэтому используется система разработки пластов крутого падения гидравлическим способом СРПКПГ с полным обрушением кровли - ОК (без гибкого перекрытия).
К рассмотрению вопросов снижения потерь угля при комбинированной гидравлической технологии принимаются две системы разработки:
1. СРПКПГ-ОК (система разработки с полным обрушением);
2. СРПКПГ-Г1П (система разработки с гибким перекрытием).
Экспериментальные данные замеров добываемого угля, полученные при опытной эксплуатации систем разработки пластов крутого па-
дения гидравлическим способом без гибкого перекрытия с применением переносных гидромониторов показывают, что потери По угля в очистных заходках зависят от высоты за-ходки Ь и её длины Ь (рис. 3).
В экспериментально замеренной области изменения потерь при выемке угля:
- гидромонитором ГМДЦ-3М при Ь = 6 - 8 м и Ь = 3,5 - 5 м;
- гидромонитором 12ГД 2 при Ь = 10 - 12 м и Ь = 3,5 - 5 м, очевиден вывод, что с увеличением высоты очистных заходок до Ь = 12
- 20 м и её длины до Ь = 5 - 10 м потери угля По будут также снижаться (табл. 4), но реализовать их снижение можно только путем улучшения гидродинамических параметров струи гидромонитора, а именно
- длины рабочей струи. Более точ-
ная оценка потерь угля в широких горногеологических условиях залегания крутопадающих пластов может быть дана с использованием методов моделирования.
В табл. 5 приводятся показатели энергоемкости комбинированной гидравлической технологии очистной выемки угля.
Выводы
1. В результате проведенного анализа недостатков гидравлической технологии разработаны условия синтеза комбинированной гидравлической технологии очистной выемки угля, которые заключаются в параллельности выполняемых рабочих процессов пульпоформирования
и гидравлического разрушения угля, а также соответствия их производительности.
2. Определен уровень показателей по энергоемкости выемки угля и его потерям в очистных забоях, который необходимо достичь при разработке комбинированной гидравлической технологии
3. Для более точной оценки влияния гидродинамических параметров струи на параметры очистных заходок и их влияния на потери угля, требуется разработка математической модели, учитывающей многообразие гоногеологических условий залегания пластов и применяемых систем разработки.
— Коротко об авторах
Фомичев С. Г. - Новокузнецкий филиал-институт Кемеровского государственного университета, г. Новокузнецк.
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ Д П ^ ^ £ Г Т АМПП
Автор Название работы Специальность Ученая степень
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ им. Г.В. ПЛЕХАНОВА
ШАРАФУТДИНОВ Зариф Закиевич V правление технологическими параметрами буровых и тампо-нажных растворов изменением структурного состояния дисперсионной среды 25.00.15 д. т.н.
