Опорные слова и термины. Очистной комплекс, очистной комбайн, струг, доставочная машина, механизированная крепь, кабелеукладчик

Очистной комплекс, очистной комбайн, струг, доставочная машина, механизированная крепь, кабелеукладчик, гидрооборудование, крепь сопряжения лавы со штреками, маслостанция, оросительная система, энергопоезд, щитовые агрегаты, фронтальный агрегат, комплексы проходческого оборудования, буропогрузочная машина, комбайновый комплекс, щитовой комплекс.

Применение механизированных комплексов позволяет совмещать во времени все основные операции в лаве: выемку угля, его доставку, крепление призабойного пространства и управление кровлей.

Для определения целесообразности применения механизированного комплекса, необходимо учитывать следующие основные факторы: мощность пласта, его строение, физико- механические свойства угля, угол падения пласта, устойчивость кровли и несущую способность почвы. На основании этих факторов принимается решение о комплектующем оборудовании очистных комплексов.

Существуют три типа механизированных очистных комплексов для работы в пологих, наклонных и крутых пластах.

Современный очистной комплекс для работы длинными лавами в пологопадающих пластах любой мощности включает в себя (рис. 23.1): очистной комбайн 1 (или струг), доставочную машину 2, механизированную крепь 3, кабелеукладчик 4, гидрооборудование 5, крепь сопряжения лавы со штреками 6, маслостанцию типа СНУ для питания гидросистемы механизированной крепи 3, типовую оросительную систему (ТОС) с оросительной установкой типа НУМС и энергопоезд 7, состоящий из фидерного автомата и пускателей для дистанционного включения машин комплекса.

В зависимости от схемы работы очистной машины, став доставочной машины комплекса, роль которой выполняет скребковый конвейер 2, может изгибаться в плане и в вертикальной плоскости — при челноковой схеме работы, или только в вертикальной плоскости — при односторонней схеме работы комбайна, а также при работе со струговой установкой типа СН75.

Механизированные комплексы для работы в наклонных пластах (25÷35°), как правило, комплектуются из оборудования комплексов для работы в пологих пластах. Поэтому помимо уже перечисленных машин механизированный комплекс для выемки наклонных пластов включает предохранительную лебедку типа 1ЛГКН или 1ЛП, которая устанавливается на верхнем штреке и работает синхронно с подающей частью комбайна. При разрыве тяговой цепи комбайн удерживается от сползания вниз по лаве предохранительным канатом лебедки. Кроме того, между секциями механизированной крепи и конвейером

вводятся дополнительные связи для обеспечения устойчивости, управляемости и предохранения от сползания.

Комплексы для выемки наклонных пластов отличаются высокой универсальностью и сравнительно простым исполнением в отличие от комплексов для выемки крутых пластов.

При выемке крутопадающих пластов по простиранию наибольшая сложность заключается в удержании оборудования от сползания. Это обстоятельство обусловило конструктивные осо- бенности машин комплекса для

крутых пластов и поэтому его оборудование не универсально в отличие от машин комплекса для работы на пологонаклонных пластах.

Современный механизированный комплекс для крутых пластов состоит из: очистного комбайна с барабанным исполнительным органом; специальной механизированной крепи; тяговой лебедки типа 1ЛГКН, которая устанавливается на верхнем штреке и выполняет роль подающей части комбайна. Отдельные секции крепи связаны между собой в направлении падения пласта для предотвращения сползания крепи и опрокидывания отдельных ее секций. Очистной комплекс в данном случае не имеет доставочной машины, отбиваемый уголь перемещается по лаве под действием собственного веса. При работе в пластах с углами падения 35÷45° транспорт угля по лаве осуществляется с помощью специального рештачного става.

При отработке крутопадающих пластов по падению механизированный комплекс включает все три основные машины: очистной комбайн, доставочную машину и механизированную крепь, конструкция которых должна быть приспособлена для работы в данных условиях.

Исполнительный орган комбайна не только отделяет, но и грузит уголь на доставочную машину. Механизированная крепь обеспечивает полную изоляцию призабойного пространства от попадания кусков породы из выработанного пространства. Доставочная машина транспортирует уголь вдоль лавы без потери производительности комбайна.

В большей степени этим требованиям отвечают современные щитовые агрегаты типа АЩ, у которых исполнительный орган и доставочная машина объединены в один агрегатный узел, конструктивно увязанный с механизированной крепью. Механизированная крепь перемещается на забой после каждого цикла под действием собственного веса, а также за счет давления на задние ограждения крепи обрушившейся породы кровли.

В отличие от механизированных комплексов, где возможна замена одного типа оборудования другим, в фронтальных агрегатах все основные машины связаны между собой не только технологически, но и кинематически. Такая связь исключает возможность замены одной машины другой. Конструктивной особенностью агрегата является наличие жесткой базы, роль которой может выполнять став доставочной машины или специальная секционная балка.

Фронтальный агрегат одновременно выполняет отбойку угля по всей длине лавы на всю вынимаемую мощность пласта, навалку угля по лаве, а также крепление и управление кровлей при автоматизированном, дистанционном и программном управлении механизмами, входящими в агрегат. Он обеспечивает повышенную сортность добываемого угля и малое пылеобразование. При агрегатной добыче угля механизируются все вспомогательные операции в лаве.

При определении возможности применения агрегата учитывают, прежде всего, его соответствие горно-геологическим условиям.

В настоящее время некоторые типы агрегатов для крутых пластов выпускаются промышленностью серийно (например, АК-3,), а также агрегаты для пологих пластов АФК и др..

Фронтальный агрегат АК-3 разработан Гипроуглемашем на базе агрегата А-3 для выемки пологонаклонных пластов средней мощности. Агрегат АК-3 предназначен для выемки наклонных и крутых пластов мощностью 1,6—2,5 м с сопротивляемостью угля резанию до 300 кН/м, породами кровли средней устойчивости и сопротивлением почвы вдавливанию до 0,75 МПа.

При работе агрегата могут применяться цикличный и непрерывный режимы работы. При цикличном режиме работы выемка и крепление разделены: передвижка крепи последовательная; управление крепью и по гипсометрии пласта местное, ручное.

При непрерывном режиме работы операции по выемке и креплению совмещены, при этом передвижка крепи фронтальная, тремя группами секций, расположенных вразбежку, с ди- станционным управлением, а управление по гипсометрии пласта осуществляется автоматически.

Агрегат АК-3 состоит из механизированной крепи, отбойно-доставочного исполнительного органа, крепи сопряжения лавы со штреками, скребкового перегружателя на колесном ходу, энергопоезда, трех насосных станций СНУ-5, комбинированной системы подавления пыли, пульта управления и людского подъемника.

Механизированная крепь агрегата состоит из отдельных одностоечных секций оградительно-поддерживающего типа.

Уже в первой половине 70-х годов прошлого века угольная промышленность располагала комплексами очистного оборудования с гидрофицированными крепями, позволившими механизировать и совмещать во времени отбойку, навалку, доставку угля, передвижку забойного конвейера, кабеля и водовода оросительной системы, крепления и управления кровлей обрушением при выемке пологих и наклонных (до 35°) пластов мощностью от 0,9 до 3,2 м (КМК97, «Донбасс», КМ87Д, КМ87ДН, МК, ОКП, КМ81Э и др.). Эти комплексы принято называть очистными комплексами первого поколения. В их состав входят выемочные комбайны и струговые установки (1К101, МК67, 2К52, КШ1КГ, ГШ68, КШЗМ, УСБ, УСТ и др.).

Энерговооруженность первых четырех типов очистных комбайнов, получивших наибольшее распространение, не превышает 100 кВт, сопротивляемость добываемого угля резанию в неотжатой зоне пласта едва доходит до 250 Н/мм. Энерговооруженность забойных конвейеров составляет 96-135 кВт, рабочее сопротивление механизированных крепей 300-400 кН/м поддерживаемой кровли.

Комплексная механизация основных процессов и операций этими комплексами позволила повысить среднесуточную нагрузку на лаву и производительность труда ГРОЗ до двух раз по сравнению с комплексами узкозахватного оборудования с индивидуальной крепью. В действующих очистных забоях средняя нагрузка доходила до 1355 тонн в сутки. В последующие годы эти показатели ухудшились как по организационным причинам, так и из-за несоответствия качества очистных комплексов первого поколения с усложняющимися горно-геологическими условиями. Комплексы первого поколения вводились в лавы с труднообрушаемой основной и склонной к вывалам непосредственной кровлей, а также в более глубоких горизонтах с возрастающим горным давлением. Участились зажатия крепей и вывалы непосредственной кровли в зоне работ выемочных машин, приводящих к простоям комплексов. Суточная добыча лавы в сложных горно-геологических условиях составляла 200-300 т.

Было значительно повышено рабочее сопротивление механизированных крепей (в 2-3 раза), увеличены сопротивление начального распора и коэффициент затяжки кровли, передвижки секций с подпором кровли. Секции крепи снабжены гидроуправляемыми призабойными консолями с увеличенным усилием поддержания кровли в при забойной зоне. Для крепей для тонких и средней мощности пластов применялись гидростойки двойной гидравлической раздвижности, с целью увеличения пределов вызываемой мощности пласта каждым типоразмером комплекса.

Повышение сопротивления крепей до 500-1000 кН/м осуществлено главным образом за счет увеличения рабочего диаметра гидростоек и их числа в секции, учитывая, что повышение давления рабочей жидкости более 32-40 МПа считается небезопасным при наличии гибких рукавов и большого числа соединительных элементов.

Насосная станция СНТ32, увеличивающая давление рабочей жидкости в напорной магистрали до 32 МПа, обеспечила повышение начального распора, что вместе с большим сопротивлением крепи ограничило нежелательно высокое сближение боковых пород, являющееся основной причиной потери целостности непосредственной кровли в зоне работы комбайна.

Эти факторы позволили исключить из технологии очистных работ процесс разупрочения кровли впереди забоя, которое к тому же, не всегда осуществляется эффективно.

В первых очистных рабочих комплексах рабочей жидкостью служило минеральное масло. Для повышения безопасности и снижения трат был осуществлен переход на водомасляную эмульсию с 1,5-2 % присадки ВНИИНП-117 или 3-5% АКВОЛ-3. В настоящее время ре- комендовано применение водомасляной эмульсии с присадкой 2,5-3 % концентрата гидрожидкости ФМИ-РЖ (ТУ 38 1011813-81) или 1,5-2% ингибитора коррозии «Витал» (ТУ 38

УССР 201236-81).

Большой эффект дает контроль потери несущей способности секции из-за износа уплотнений и микроутечек рабочей жидкости в стойке. Индикаторы давления, которыми снабжается каждая стойка крепи, позволяют осуществить такой контроль и заменять неработос- пособные стойки или гидроаппаратуру в текущем порядке, во время ремонтных смен.

Секции крепей первого поколения передвигаются обычно с полной разгрузкой, что приводит к многократному «топтанию» кровли. Передвижка секции с подпором способствует сведению до минимума эффекта «топтания». Наряду с оттянутым положением всех секций крепи в начале цикла и возможностью передвижки их сразу после прохода комбайна, существенно устраняются вывалы кровли.

В последние годы достигнуто значительное повышение срока службы за счет новых конструкций уплотнительных узлов и изготовления уплотнений из более износостойких материалов. Однако это не исключает требования, чтобы в наносные станции заливалась чистая рабочая жидкость.

Благодаря указанным усовершенствованиям механизированных крепей повышена надежность и долговечность очистных комплексов II поколения. Это подтверждается тем, что на ряде шахт отрабатывают без выдачи комплекса на капитальный ремонт 2-3 столба, а в отдельных случаях разворачивают комплекс на 180° и начинают работать в новой лаве. Наряду с увеличением энерговооруженности очистных комбайнов и забойных конвейеров повышение прочности и надежности механизированных крепей дало возможность повысить нагрузку на лаву в среднем на 25-50% против лав с комплексами первого поколения. Если учитывать также повышение долговечности новых комплексов на 1,5-2 года против действующих нормативов и возможность концентрации добычи в меньшем числе лав, то применение более сложных, дорогих и тяжелых очистных комплексов становится экономически выгодным, а стремление к легким и дешевым очистным комплексам не всегда обоснованным.

Третий этап совершенствования механизированных крепей очистных комплексов направлен на создание крепей, получивших название щитовых и отнесенных к крепям III поколения.

Основные особенности секций щитовых крепей заключаются в шарнирном соединении перекрытий с основаниями с жесткими или податливыми связями, принимающими на себя основные внешние силы, действующие на секцию во время передвижки. Это делает возможным перемещение секций с должным подпором кровли без нагружения стоек поперечными силами.

Другое отличие щитовых крепей в том, что их перекрытия снабжаются боковыми, выдвигающимися с помощью управляемых гидроцилиндров щитами, ликвидирующими зазоры между перекрытиями. Это резко уменьшает интенсивность засорения породой рабочего про- странства лавы и используется для обеспечения и сохранения боковой устойчивости и выпрямления секций.

Принятый в щитовых крепях единый шаг расстановки секций — 1,5 м, увеличивает скорость крепления кровли, часто ограничивающая скорость подачи и работу комбайна с большей производительностью.

Сейчас уже созданы, успешно прошли шахтные испытания и приняты к серийному производству щитовые крепи типа M137, M138, М142 и M144, типов МК и ОКП. Они обеспечивают повышение производительности очистных комплексов на более высокий уровень и в более сложных горно-геологических условиях.

В связи с увеличением установленной мощности выемочно-доставочного оборудования очистных комплексов реализовано увеличение напряжения силового электрооборудования с 220/380 до 660/1140 В. Напряжение тока в цепях управления остается постоянным — 127 В.

Очистные комплексы для тонких пластов используются преимущественно по челноковой с двухсторонним ходом выемки пласта на полную мощность. На средней мощности и мощных пластах нашло довольно широкое применение выполнение цикла выемки по односторонней, за два хода комбайна по лаве технологической схеме. При этом обычно первым ходом комбайна вынимается пласт на полную мощность, а вторым — обратным ходом производится зачистка, оставленного угля перед конвейером. Применяется также комбинированный способ работы. В этом случае во время первого хода вынимается верхняя — большая часть пласта, а вторым ходом

— оставшаяся нижняя пачка и зачищается лава.

Если приводные головки забойного конвейера вынесены в штреки, то производится самозарубка комбайна косыми заездами в пласт; если же головки конвейера оставляются в лаве, то производится предварительная, обычно буровзрывная, выемка ниш в концах лав.

На практике схемы дополняются и изменяются шахтами отдельными элементами в зависимости от конкретных условий эксплуатации комплекса.

Дальнейшее улучшение эксплуатационно-технических качеств очистных комплексов связано с автоматизацией функционирования и диагностирования состояния оборудования, входящего в их состав.

Первая стадия автоматизации реализована в очистных комплексах со щитовыми крепями КМ 138А и КМ137А. В них осуществлена автоматизация групповой передвижки секций крепи с кнопочным управлением группой, а также местный и со штрека диагностический контроль состояния оборудования лавы, в том числе очистного комбайна. Шахтные испытания комплексов показали, что эта стадия совершенствования позволяет значительно повысить скорость крепления кровли — подачи комбайна.

Следующим этапом совершенствования очистного оборудования будет являться создание фронтальных очистных агрегатов для добычи угля без постоянного присутствия людей в очистном забое.

Существующие средства механизации проходческих работ объединяются в комплексы проходческого оборудования.

Различают комплексы для проведения горных выработок: буровзрывным способом, с применением проходческих комбайнов и щитовым способом.

Классификационные признаки комплекса оборудования определяются принципом действия основной функциональной машины. Комплекс оборудования для проведения выработки буровзрывным способом в качестве основной функциональной машины имеет буропогрузочную машину. Комбайновый комплекс в качестве основной машины имеет проходческий или нарезной комбайн. В комплексе оборудования при щитовом способе проходки основным узлом является собственно корпус щита. Проходческий комплекс предусматривает не только технологическую, но и частично кинематическую связь между отдельными машинами, входящими в комплекс.

Процесс проведения выработок проходческим комбайновым комплексом состоит из следующих технологических операций:

· разрушения забоя комбайном, погрузки горной массы на конвейер, расположенный на комбайне, и перегрузки ее на призабойные перегружатели или вагонетки;

· транспортировки горной массы по выработке в вагонетках или конвейером;

· временного крепления выработки с помощью гидрофицированной шагающей крепи или анкеров;

· постоянного крепления выработки с помощью крепеукладчика или оборудования для возведения анкерной крепи;

· доставки к забою элементов крепи, резцов для комбайна, шпал, рельсов, рештаков, цепей, вентиляционных труб и шлангов;

· наращивания вентиляционных труб, рельсовых путей или става штрекового конвейера;

· осмотра или профилактического ремонта проходческого оборудования.

Перечисленные операции являются основными, поэтому при создании проходческого комбайнового комплекса стремятся к тому, чтобы в процессе работы комплекса они были бы мак- симально совмещены во времени, так как их выполнение влияет на продолжительность цикла и темпы проведения выработок.

Для транспортировки горной массы в проходческих или нарезных комбайновых комплексах применяются призабойные перегружатели: прицепные и мостовые. С помощью прицепного перегружателя горная масса доставляется от комбайна на скребковый или ленточный конвейер. Помимо прицепного перегружателя может быть установлен мостовой перегружатель, который позволяет проводить выработки с закруглениями. При этом горная масса грузится в вагонетки или на телескопический конвейер.

Основная проблема при создании проходческого комплекса— это создание оборудования для механизации работ по возведению крепи без остановки комбайна. Хорошо поддаются механизации работы по креплению выработок прямоугольного сечения, пройденных без подрывки кровли, в условиях, когда может быть применена анкерная крепь. Значительно труднее механизировать работы по креплению выработок арочной формы. Однако в новейших проходческих комплексах решается и эта задача. В ряде проходческих комплексов, созданных на базе комбайна со стреловидным исполнительным органом, вместо временной крепи применяют передвижную гидрофицированную шагающую крепь, размещенную над комбайном и передвигающуюся вместе с ним.

Для механизации работ по возведению постоянной крепи комбайны комплектуются крепеукладчиками, которые прикрепляются к передвижной шагающей крепи или к монорельсу, подвешиваемому на анкерную крепь. Применение шагающей крепи и крепеукладчиков обеспечивает одновременную работу комбайна и работ по возведению крепи. Коэффициент машинного времени при этом повышается.

В качестве затяжки для арочной металлической крепи применяется металлическая сетка или ткань из стекловолокна. Рулон сетки или ткани (длина рулона 40 м) крепится к козырькам шагающей крепи и по мере передвижения комбайна вытягивается. Таким образом, механизируется весь процесс возведения крепи.

Контрольные вопросы

1. Комплектующее оборудование очистных комплексов.

2. Особенности конструкции очистных комплексов для пологих пластов.

3. Особенности конструкции очистных комплексов для наклонных и крутопадающих пластов.

4. Конструктивные особенности агрегатов.

5. Этапы внедрения очистных комплексов.

6. Горнопроходческие комплексы оборудования.

7. Классификационные признаки комплекса проходческого оборудования.

8. Комплектующее оборудование комплекса проходческого оборудования.

Литература

1. Солод В.И., Зайков В.И., Первов К.М. горные машины и автоматизированные комплексы. М.: Недра

2. Гетопанов В.Н., Гудилин Н.С., Чугреев Л.И. Горные и транспортные машины и комплексы. М.: Недра

3. Клорикьян С.Х. и др. Машины и оборудование для шахт и рудников: М, МГГУ 2002.