CC BY
59
© В.В. Агафонов, В.П. Абрамов, 2007
УДК 622.272
В.В. Агафонов, В.П. Абрамов
ВЫБОР ВЫСОКОПРОДУКТИВНЫХ СРЕДСТВ КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ВЕДЕНИЯ ОЧИСТНЫХ РАБОТ
Семинар № 15
На современном этапе развития угольной промышленности, техники и технологии, социально-экономических и экологических требований к труду для обеспечения конкурентоспособности угольных предприятий-шахт в мировой практике принята и обоснована концепция перехода к технологическим структурам "шахта-пласт", "шахта-лава". Наиболее последовательно и целенаправленно в этом направлении продвигаются угольные отрасли таких высокоиндустриальных государств, как США, Австралии, Китая, ФРГ. При этом очень важно отметить, что в этих структурах нижнем уровнем рентабельности и экономичности принято принимать пороговое значение производительности длиннолавных технологических систем не менее 1 млн т угля в год из очистного забоя, - при этом с учетом нового строительства и завершения реконструкции шахт производительность длиннолавных систем на уровне 3 млн т в год из забоя считается технологической нормой.
До настоящего времени имелась возможность постоянного увеличения производительности длиннолавных систем за счет увеличения всего лишь одного параметра - длины лавы, но сейчас ведущие зарубежные и отече-
ственные аналитики приходят к однозначному выводу, что с учетом горногеологических условий, возможностей проветривания, факторов вложения дополнительных инвестиций на процесс увеличения длины лавы в инфраструктуре шахт, увеличение длины лавы более чем 300-350 м экономически не компенсируется и не обеспечивает снижение производственной себестоимости угля, - таким образом в системе технологических структур "шахта-пласт" и "шахта-лава" длину очистного забоя порядка 300 м можно считать в качестве некоего ориентировочного стандарта экономического плана.
По своей сущности эти системы технологий базируются на двух принципиальных основополагающих научно-технических решениях - это формирование агрегатированных средств комплексной механизации повышенной безопасности и надежности в системе длинного очистного забоя и активной анкерной крепи глубокого заложения в системе крепления выработок, примыкающих к нему.
Первый аспект обеспечивает необходимую технологическую надежность состояния и функционирования высокопродуктивного очистного оборудования длинного очистного забоя
с учетом формирования критерия поддержания призабойной кровли и устойчивости угольного забоя и управление массивом кровли путем изменения его состояния применением механизированной крепи с рациональными параметрами и оптимальной конструктивной схемой с дезинтеграцией и разгрузкой массива вмещающих пород.
Второй аспект (система активной анкерной крепи глубокого заложения) обеспечивает технологическую надежность состояния и функционирования подготовительных выработок, примыкающих к длинному очистному забою по критерию поддержания приконтурной кровли и управления массивом кровли путем существенного ограничения и снижения конвергенции и интеграции слоистого массива в несущие моноструктуры с повышением собственной устойчивости в местах сопряжений.
С учетом вышеизложенного и прогноза развития технологии очистной выемки и средств комплексной механизации в отечественной и зарубежной практике можно рекомендовать следующие направления развития технологии выемки пологих угольных пластов, которые предусматривают:
- упорядочение горного хозяйства шахт с ликвидацией временных схем отработки пластов, обеспечивающих увеличение длины выемочных полей до 2500-7500 м, увеличение площади сечений выработок для свободного размещения оборудования и эффективного проветривания очистных и подготовительных забоев, безаварийную работу транспорта;
- отказ от разработки угольных пластов со сложными горно-геологическими условиями разработки, -формирование соответствующей концентрации горных работ, обеспечи-
вающих переход на технологические системы " шахта-пласт", "шахта-лава" с учетом того, чтобы число действующих очистных забоев не превышало 1-3;
- применение высокопроизводительного и надежного очистного оборудования, ориентированного на длину очистных забоев до 300-350 м, суточные нагрузки до 10-15 тыс. т и рациональные технологические схемы, обеспечивающие достижение высоких показателей и снижение трудозатрат на концевых операциях и монтажнодемонтажных работах;
- своевременное воспроизводство очистного фронта на основе совершенствования технологии горно-подготовительных работ с широким внедрением активного анкерного крепления;
- обеспечение детального прогноза осложняющих горно-геологических факторов с применением специальных мер по значительному снижению их негативного влияния на интенсивность отработки запасов;
- применение надежного высокопроизводительного транспорта, включая вспомогательный, связанный с доставкой людей, материалов и оборудования;
- решение проблемы пылеподав-ления и эффективного проветривания шахт и выемочных участков с широким внедрением прямоточных схем проветривания и дегазации с обеспечением максимальной безопасности ведения горных работ.
Более детальный анализ технологии ведения очистных работ на пологих угольных пластах мощностью до 5 м при однослоевой выемке показывает, что преобладающее применение в настоящее время имеют механизированные комбайновые комплексы, состоящие из следующего основного оборудования:
- одного двушнекового комбайна с симметричным расположением исполнительных органов с автономными приводами и двумя электрическими системами подачи;
- забойного скребкового конвейера, который для высокопроизводительных забоев имеет литые боковины с двумя центрально-расположенными цепями, двумя-тремя приводами и с прямой или боковой разгрузкой;
- механизированной крепи, состоящей из " заряженных" секций;
- перегружателя, дробилки и средств погрузки угля на ленточный конвейер.
Данный набор очистного оборудования наиболее целесообразен для челноковой схемы работы комбайна и выемки угля при мощности пластов от 1.6 до 3.5 м.
В благоприятных горно-геологических условиях шахт США применение данного набора оборудования и технологической схемы ведения очистных работ обеспечивает получение стабильно высоких показателей работы КМЗ.
Особенно впечатляют при таких мощностях угольных пластов производственно-технические показатели, как годовая добыча лавы (5,44-7.48 млн т) и коэффициент машинного времени комбайна (0.55-0.8).
При выборе средств комплексной механизации очистных работ следует отметить, что эксплуатируемые в настоящее время механизированные комплексы в Кузбассе можно разделить на следующие три основные группы, причем в основу принципиальных различий заложены принципы их возможной в настоящее время комплектации машинами и механизмами различных производителей, в том числе и зарубежных.
1 группа - механизированные комплексы, укомплектованные только
отечественными машинами и механизмами (10КП-70, 20КП-70, КМ-144, КМ-138, 2КМКЁ).
2 группа - механизированные комплексы, полностью укомплектованные машинами и механизмами только зарубежных производителей (Джой, ДБТ, Глиник, Пиома, Фазос).
3 группа - механизированные
комплексы со смешанной комплектацией (присутствуют элементы отечественного и зарубежного производителей горнодобывающей техники ).
Для объективной оценки необходимости и целесообразности приобретения механизированных комплексов в той или иной комплектации и оснащения им очистных забоев необходимо выполнить статистический анализ результатов их работы в конкретных горно-геологических условиях эксплуатации.
Здесь решающим становится следующий аспект - при проведении системного анализа и принятия решений в сопоставительных оценках, как правило, следует ориентироваться на величину суммарной эффективности использования технических средств, которая в обобщенном виде характеризуется двумя составляющими: повышением технического уровня основных фондов и совершенствованием качества труда, - применительно к угледобывающему предприятию такими определяющими факторами являются концентрация нагрузки на очистной забой и производительность труда работающих в нем. При этом важно проанализировать такие важнейшие показатели, как среднесуточная нагрузка, производительность труда горнорабочих очистного забоя, добыча из очистного забоя в месяц, а также максимально достигнутые среднесуточная нагрузка и максимально достигнутая производительность труда горнорабочего очистного забоя.
Анализ статистических данных результатов работы различных групп комплектаций механизированных комплексов за пятилетний период эксплуатации выявил следующую ретроспективную картину:
1 группа - механизированный комплекс 10КП-70 - максимальная среднесуточная нагрузка среди всех шахт в отдельном очистном забое составила 2892 тонн. Этот комплекс, один из старейших в современной гамме механизированных комплексов и имеющий низкий безаварийный норматив наработки на отказ и сравнительно низкую несущую способность в соответствующих горно-геологических условиях эксплуатации способен работать с показателями, приближенных к показателям современных механизированных комплексов;
- механизированный комплекс 20КП-70 - в целом максимальная среднесуточная нагрузка была невысокой и не превышала 1985 т;
- механизированный комплекс КМ-144. Этот комплекс отличался от предыдущих (типа 0КП-70) новизной конструкторских решений, более удовлетворял повышенным требованиям техники безопасности и созданию более комфортных условий труда и предназначался для замены морально и физически устаревших комплексов ЮКП-70 и 20КП-70 - максимальная среднесуточная нагрузка на очистной забой составила 2720 тонн. Данный тип механизированного комплекса был выполнен по классической схеме с длинным основанием (при передвижке секций к забою их основание заходило под раму забойного конвейера), что позволяло иметь значительную площадь опоры на почву, низкое удельное давление на почву и успешно позволяло эксплуатировать их на угольных пластах со слабой почвой. Впоследствии стали изготав-
ливать крепи с коротким основанием, но данное конструктивное изменение резко уменьшило эффективность их применения;
- механизированный комплекс КМ-138. Крепь М-138, четырехстоечная, с большой несущей способностью была специально разработана для условий шахты «Распадская» для отработки угольных пластов с тяжелой, труд-нообрушаемой кровлей. Затем была реализована конструкция двухстоечной крепи, успешная эксплуатация которой подтвердила правильность выбранной концепции. Максимальная среднесуточная нагрузка составила 3811 т.
Подводя итоги анализу статистических данных, достигнутых при эксплуатации механизированных комплексов 1 группы, следует отметить что наиболее высокие результаты достигнуты при эксплуатации отечественных механизированных комплексов типа КМ-138, которые и наиболее распространены в условиях шахт Кузбасса.
2 группа - механизированный комплекс «Джой». Впервые данный тип механизированного комплекса был использован на ш. им. Кирова. Максимальная среднесуточная нагрузка составила 6989 т. Необходимо отметить, что при правильной комплектации данного комплекса и наличии низкой аварийности и высокой надежности он является самым высокопроизводительным и мобильным. В угольной промышленности США при использовании монтажно-демонтажного оборудования «PETlTTO MULE» и «EIMKO» из забоя в забой «Джой» перемонтируется за 8-10 дней. Первоначальные проблемы с эксплуатацией данного комплекса были связаны с апробацией различных видов выемочных комбайнов и их схем работы,
- механизированный комплекс
Глиник, является наиболее устаревшим в гамме комплексов польского производства. Максимальная среднесуточная нагрузка составила 2170 т;
- механизированный комплекс
польского производства Пиома. Максимальная среднесуточная нагрузка составила 2757 т;
- механизированный комплекс Фа-зос. Максимальная среднесуточная нагрузка составила 2375 т.
Проанализировав результаты работы механизированных комплексов польского производства, следует отметить, что относительно высокие нагрузки получить не удалось. Они стабильно работали с нагрузкой, превышающей 1000 т в сутки, аварийность на них была ниже, чем на отечественных, кроме того они внесли свой весомый вклад в совершенствование технического обслуживания и ремонта горнодобывающего оборудования,
- механизированный комплекс ДБТ. Результаты работы данного комплекса на ш. Соколовской позволяют сделать следующий вывод: - эффективность его применения несколько ниже «Джоя», но гораздо выше комплектов оборудования отечественного и польского производства при более высокой надежности и безаварийности.
3 группа. Механизированный комплекс КН-700.800. В состав механизированного комплекса входит крепь М-700.800 российского производства, остальное оборудование производства Польши (забойный конвейер Глиник 298.850БП, очистной комбайн КГС-460с.2БП, дробилка угля Крук-1000П). Максимально достигнутая среднесуточная нагрузка составила 3291 т. В целом данный механизированный комплекс зарекомендовал себя с положительной стороны, что объясняется более высококачествен-
ным исполнением очистного комбайна и забойного конвейера, которые имеют большие наработки на отказ, чем отечественные;
- механизированный комплекс КМ-142. В состав механизированного комплекса входит отечественная крепь М-142, остального оборудование польского производства (забойный конвейер Рыбник 255.842.БП.2М142, очистной комбайн КГС-455-РВ.2БП). Максимально достигнутая среднесуточная нагрузка составила 3760 т;
- механизированный комплекс 2КМ-138.2. В состав механизированного комплекса входят крепь 2М-138.2 и забойный конвейер СПЦ-271Ю российского производства и очистной комбайн производства Чехии - МВ-12. Максимальная среднесуточная нагрузка составила 4922 тонн. Следует отметить, что работа данного механизированного комплекса в данной комплектации позволила получить один из высших результатов среди всех анализируемых шахт.
В заключении проведем анализ наилучших показателей работы, достигнутых на каждый тип механизированного комплекса за весь исследуемый период.
0кончательные выводы сводятся к следующим обобщениям:
- выпускаемое в данный момент отечественное горношахтное и горнотранспортное оборудование в большинстве случаев не соответствует современным требованиям. Так, коэффициент машинного времени, характеризующий эффективность использования техники, для отечественных образцов не превышает 30 %, в то время как для зарубежных аналогов этот параметр не ниже 70 %. Велика также трудоемкость обслуживания российской горной техники: - за весь срок службы совокупные затраты на сервисное обслуживание в 4-8 раз
Таблица 1
Техническая характеристика комплексов транспортного оборудования
Показатель Забойный конвейер Перегружатель
СПЦ391 СПЦ3100 СПЦ3125 ПС391 ПС3100 ПС3125
Производительность, т/ч 1200 1800 2500 2100 2100 3000
Длина, м До 250 До 300 До 250 До 60 До 60 До 60
Энерговооруженность, кВт 500;630 945;1200 100;1500 200;250; 250;315; 315;500
315 400
Скорость цепи, м/с 1,0 1,1 1,1 1,1 1,2 1,2
Ширина рештачного става по боковинам, мм 910 1,0 1250 910 1050 1250
Высота рештачного става по боковинам, мм 300 300 350 300 300 350
Длина рештачной секции, мм 1500;1750; 1500;1750; 1500;1750 1500 1500 1500
2000 2000 2000
Калибр цепи, мм 30x108; 34x126 38x137 30x108; 30x108; 34x126;
34x126 34x126 34x126 38x137
Масса, т (при длине конвейера 200 м, пере- 300 350 400 60 70 80
гружателя 60 м)
Металлоемкость става, т/п.м 1,5 1,75 2,0 1,0 1,2 1,4
Ресурс, млн т 5,0 7,0 10,0 5,0 7,0 10,0
Таблица 2
Набор основного оборудования для отработки пологих угольных пластов высокопроизводительными комплексами
Вынимаемая мощность пласта, м Тяжесть кровли по управлению Тип комплекса Механизированная крепь Забойный конвейер Перегружатель Очистной комбайн
0,8-1,5 1КМ147 1М147 СПЦ271Ё ПС271Л К-85М
1,1-2,0 До тяжелых вклю- 2КМ147 2М147 СПЦ271Ё ПС271Л К-85М
1,5-2,6 чительно 3КМ147 3М147 СПЦ391 ПС391 К-300
2,0-3,2 1КМ144Б 1М1477Б СПЦ391 ПС391 К-300
2,6-4,5 До средних вклю- 2КМ144Б 2М144Б СПЦ3100 ПС3100 К-500
3,1-5,5 чительно 3КМ144Б 3М144Б СПЦ3125 ПС3125 К-500
1,6-3,0 1КМ174 1М174 СПЦ391 ПС391 К-500
2,1-4,0 До тяжелых вклю- 2КМ174 2М174 СПЦ3100 ПС3100 К-800П
3,0-5,5 чительно 3КМ174 3М174 СПЦ3125 ПС3125 К-800П
превышают расходы на его приобретение. Ежегодная стоимость комплекта запасных частей, необходимых для замены вышедших из строя узлов и агрегатов, достигает 60 % от первоначальной стоимости оборудования. 0дновременно следует отметить, что работы, которые ведутся в области повышения эффективности использования отечественной горнодобывающей техники (внедрение высокопроизводительных механизированных комплексов третьего поколения, изготавливаемых по индивидуальным заказам шахт для конкретных выемочных полей (табл. 1, 2) позволяют смотреть в будущее с долей соответствующего оптимизма;
- примеры использования современного зарубежного горношахтного оборудования на отечественных угольных шахтах выявили приоритетную максимально достигнутую эффективность горнодобывающего оборудования корпораций «Джой Май-нинг Машинери-Джой» и «Дойче Бер-гбау Техник - ДБТ», при использовании которого достигнуты максимальные нагрузки и наивысшая производительность труда. Следует отметить более высокие первоначальные затраты на оснащение лав данными типами оборудования (стоимость всего оборудования для оснащения одного
очистного забоя комплектацией «Джой» может достигать 25 млн. долларов, что в 3 и более раз выше отечественной комплектации), но при принятии концепции создания высокопроизводительных угольных предприятий «шахта-лава, пласт» иной альтернативы в настоящее время нет. К тому же при выборе оснащения и подготовки трех лав, оснащенных отечественным оборудованием и одной лавы, оснащенной, к примеру, «Джоем» (именно такое разделение наблюдается по производительности) многие шахты предпочтут иметь один очистной забой при одновременном снижении фронта подготовительных работ и протяженности поддерживаемых горных выработок;
- отдельные аспекты применения оборудования смешанной комплектации позволяют сделать вывод о его приоритетности над отечественным, что связано с исключением из их состава самых аварийных узлов, какими являются, в основном, угольные комбайны, но его производительности и надежности явно недостаточно для создания технологических структур «шахта-лава, пласт», хотя в условиях обычных классических технологических структур оно более предпочтительно. гггга
— Коротко об авторах
Агафонов В.В. - кандидат технических наук, Абрамов В.П. - горный инженер,
Московский государственный горный университет.
