CC BY
67
--------------------------------------- © А.В. Лиманский, 2006
УДК 622.272 А.В. Лиманский
ВЫСОКОИНТЕНСИВНАЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ВЫЕМКИ ТОНКИХ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ БЫСТРОХОДНОЙ ВЫЕМОЧНОЙ МАШИНОЙ (БВМ)
Семинар № 15
~П настоящее время на шахтах Рос-
X# сийской Федерации вскрыто более 40 пологих шахтопластов мощностью
0,9^1,4 м в т.ч. в Кузнецком бассейне -28 (из них отрабатывают 2-3); в Печорском -3, Российском Донбассе - 9. Промышленные запасы высококачественных углей (марок А, К, Ж, Г), сосредоточенные в данных пластах, составляют свыше 400 млн т. Только в Восточном Донбассе на долю шахт, отрабатывающих эти пласты 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.
В целом условия залегания пологих пластов рассматриваемой мощности являются благоприятными. Глубина горных работ изменяется от 200 до 1200 м. Природная газоносность изменяется от 0 до 25 м3/т - около 30 % шахтопластов имеют природную газоносность более 15 м3/т. Обрушаемость пород основной кровли - от легко до труднообрушаемой, в том числе легко и средней обрушаемо-сти составляют 85 %. Сопротивляемость угля резанию не превышает 300 кН/м, а в 88 % случаев она изменяется от 120 до 250 кН/м.
Незначительный объём добычи из данной группы пластов (5^6 млн т/год) объясняется отсутствием надежных и высокопроизводительных комплексов для их отработки. Выемка пластов с применением механизированных комплексов, предназначенных для работы в диапазоне мощностей 0,9^ 1,4 м, ведется с применением в основном комплексов типа: 2КД90Т (6 лавокомплектов),
1КМ88 (5), 1КД90 (3), ДФ (4), 1КМ103 (3). Причем ни один комплекс не работает в предназначенном диапазоне 1,0^ 1,4 м, при выемке пластов меньшей мощности осуществляются присечки боковых пород, что резко увеличивает зольность добываемого угля и ускоряет износ элементов комплекса. Применяемые крепи имеют в большинстве своем низкое сопротивление 40-87 т/м2. Несмотря на невысокое сопротивление, данные крепи имеют достаточно высокое удельное давление на почву пласта - 2,2^3,0 МПа.
Рассматриваемые пласты отрабатываются узкозахватными комбайнами Российского (Украинского) производства: 1К101У - 30 %; 1ГШ-68 - 25 %; К103М -15 %; РКУ10 - 15 %; КШ1КГУ, Кв8-245 (Польша) - 10 % и одной струговой установкой 1СН-99. При этом нагрузка на очистной забой, как при комбайновой, так и при струговой выемке является низкой и составляет - 500-1200 т/сут.
конвейер типа Кабелеукладчнк
"Анжсра"-26 Быстрохолная
со скалывающим лемехом выемочная машина (БВМ)
Рис. 1. Быстроходная выемочная машина (БВМ) в увязке с крепью МП 06/15 и конвейером типа «Анжера»-26
Практика отработки пологих угольных пластов мощностью 09^1,4 м шнековыми комбайнами показала ряд серьёзных недостатков, снижающих эффективность горных работ и ухудшающих условия труда в очистном забое: высокое пылеоб-разование и связанное с ним увеличение риска для здоровья горнорабочих и опасности взрывов пылеметановоздушных смесей; высокий удельный расход электроэнергии; излишнее переизмельчение угля шнеками, приводящее к более интенсивному пылеобразованию и снижающее экономический эффект от добычи угля.
В струговых установках эти недостатки отсутствуют, однако их отличает низкая надежность и ресурс; низкий коэффициент машинного времени, не превышающий в среднем 0,2; существенные ограничения по сопротивляемости угля резанию; значительные трудности при работе на пластах со сложной гипсометрией и мелкоамплитудной нарушенностью.
В настоящее время ИГД им. А. А. Ско-чинского совместно с ПНИУИ разработана принципиально новая отечественная технология ведения очистных работ с комплексом КМБМ, позволяющая во многом устранить перечисленные выше не-
достатки, присущие комбайновой и струговой технологиям выемки и вместе с тем совместить положительные качества этих технологий при отработке пологих пластов мощностью 0,9^ 1,4 м.
В состав комплекса КМБМ входят (рис. 1): механизированная крепь, быстроходная выемочная машина БВМ с малым захватом; лавный скребковый конвейер со скалывающе-погрузочным лемехом; электрооборудование; крепь сопряжения; насосная и магнитная станции [1].
Быстроходная выемочная машина (рис. 2) состоит из двух корпусов (центрального и электроблока), поворотного редуктора и фрезы.
В центральном корпусе размещается электродвигатель АКВ 250Ь4 мощностью 150 кВт и элементы систем гидравлики и оросительного устройства. Опорами центрального корпуса служат 4 колеса: две опоры с забойной стороны разнесены и имеют со стороны забоя упорный буртик; две опоры со стороны завала сближены и располагаются в одном блоке с упорными роликами, ограничивающими перемещение БВМ в сторону забоя. На этом же блоке имеются захваты для установки тяговой цепи. Система подачи БВМ - цепная с вы-
/
не более 3000 \
1—1П 1 rnJI 1 Г~1
, _ м
■ і ■ і — і і \ Г .
Рис. 2. Быстроходная выемочная машина (БВМ)
несенными за пределы лавы приводами подачи.
Поворотный редуктор служит для передачи крутящего момента от двигателя, размещения и управления положением фрезы и крепится к центральному корпусу БВМ двумя цапфами.
Фреза служит для разрушения горного массива и не является погрузоч-ным органом. На рис. 3 показаны два варианта конструкции фрезы. Вариант 1 - конструкция
ПНИУИ - снабжена поворотными резцами производства фирмы "PIGMA GRAND" с конструктивным вылетом 90 мм. Для фронтальной зарубки фреза имеет резцы и внутреннее заглубление. Фреза снабжена системой искровзрывобезопасного орошения с подачей воды на след резания каждого резца. Вариант 2 - конструкция ИГД им. А.А. Скочинского [2], отличительными особенностями которой от варианта ПНИУИ являются: более
6)
А-А
\а
О
о
сг>
Рис. 3. Исполнительный орган БВМ (фреза): а) конструкция ПНИУИ; б) конструкция ИГД
прочная монолитная конструкция; рациональное соотношение кутковых и рядовых резцов (1:1,5 вместо 2:1), что ведет к меньшему удельному расходу электроэнергии, переизмельчению угля и образованию пыли; применение четырех линий резания вместо трех, что снижает скорость резания и число оборотов фрезы при одинаковой скорости подачи и ведет к улучшению сортности.
В комплексе КМБМ применен т.н. струговый конвейер - с дополнительным гидроцилиндром, позволяющим управлять конвейером в вертикальной плоскости с целью прижатия носка конвейера к почве и исключения его всплытия.
Предлагаемая компоновка БВМ обоснована анализом аналогичных конструкций, прежде всего конструкции комбайна "Колмил" фирмы "Лонг-Эрдокс" (США), а
Рис. 4. Схема подготовки и отработки выемочного столба с делением лавы на две независимо проветриваемые части
также конструкций комбайнов ККЛ для комплекса 2КМКЛ разработанного ИГД им. А.А. Скочинского и ОАО "ПНИУИ" ранее и по результатам приемочных испытаний рекомендованного к серийному производству.
Возможны две схемы очистных работ с применением комплекса КМБМ.
1. Выемка угля в лаве ведется только с применением БВМ, вначале вынимается полоса угля шириной 0,3-0,4 м и высотой 0,9 м, а затем обратным ходом вынимается земник. Секции крепи перемещаются к новому забою после выемки двух стружек (0,6-0,8 м) одновременно в двух-трех точках. При электрогидравли-ческом управлении секциями скорость крепления может достигнуть 25 м/мин. Но для этого в лаве необходимо иметь три трубопровода: два напорных, один сливной и две рабочие маслостанции. Такая технология возможна при породах кровли средней устойчивости. При наличии трещиноватых неустойчивых пород кровли следует применять выдвижные верхняки. При выдвижении верхня-
ков в двух-трех точках скорость крепления может достигнуть 35-40 м/мин.
2. Быстроходной выемочной машиной вынимается верхняя часть пласта на величину диаметра фрезы. Оставшийся у почвы уступ высотой до 0,5 м скалывается вслед за проходом БВМ скалывающе-погрузочным лемехом, установленным с забойной стороны лавного скребкового конвейера, находящегося в состоянии постоянного подпора на забой. Погрузка отбитого фрезой угля и образующегося в результате скалывания осуществляется скребковым конвейером.
Основной системой разработки при применении комплекса оборудования КМБМ являются длинные столбы по простиранию с отработкой их лавами длиной от 50 до 250 м. Длина выемочных столбов может составлять от 500 до 4000 м. Комплекс КМБМ можно применять в лавах действующих технологических схем длиной 200 м, а также системе разработки длинными столбами по восстанию. Для газоносных пластов предлагается технологическая схема выемки с
промежуточным штреком, проводимым в пределах выемочного столба и погашаемого одновременно с его отработкой лавой (рис. 4). Свежий воздух подается по двум крайним штрекам, что позволяет в два раза повысить количество воздуха в лаве. Если протяженность частей лавы примерно одинакова, то удвоение количества воздуха позволит в два раза повысить допустимую нагрузку на лаву по метану, выделяющемуся из пласта и отбитого угля. Условия применения данной схемы: мощность пласта 1,0-2,5 м; угол падения - 0-18°; газоносность пласта - более 15 м3/т.
Выполненные расчеты показали, что применение комплекса КМБМ с относительно небольшой установленной мощностью входящего в него оборудования может обеспечить нагрузку на забой в пределах 3-ь7 тыс.т/сут в зависимости от мощности пласта и числа БВМ в лаве.
Значительный эффект в результате применения предлагаемой технологии
1. Измалков А.В., Лаврухина Л.Я., Попов С. Ф., Лиманский А.В. Перспективы развития высокопроизводительных энергосберегающих технологий выемки пологих пластов на шахтах России // Техника и технология открытой и подземной разработки месторождений: Науч. сообщ. / ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского. - М., 2004. -Вып.328. - С.65-73.
может быть получен благодаря применению БВМ с малым захватом за счет снижения энергоемкости разрушения угля, почти приближающейся к показателям при струговой выемке, а также снижения энергоемкости при перемещении БВМ по ставу конвейера за счет принципа качения, применяемого при перемещении БВМ, вместо применяющегося в узкозахватных комбайнах и стругах способа перемещения трением по скребковому конвейеру.
В заключении необходимо отметить, что применение БВМ в составе очистных комплексов позволит более эффективно переходить очистными забоями мелкоамплитудную внутристолбовую нару-шенность, особенно в случае создания исполнительного органа типа "фреза" со сменным режущим инструментом, предназначенным для выемки относительно крепких боковых пород в зоне выявленной нарушенности в процессе ведения очистных работ.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Брайцев А.В., Лиманский А.В. Фрезерный очистной комбайн типа КСМ с захватом 0,3-0,4 м для длинных очистных забоев// Техника и технология открытой и подземной разработки месторождений: Науч. сообщ. / ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского. - М., 2005. - Вып.329. - С.71-77.
— Коротко об авторах -------------------------------------------------------------
Лиманский А.В. -аспирант, младший научный сотрудник лаборатории «Технология и механизация горных работ» ННЦ ГП - ИГД им А.А. Скочинского.
'S'-
