Вскрытие, подготовка и отработка пласта К-5 блока №4 шахтного поля филиала "Шахта Осинниковская"

Для пласта К-5, исходя из горно-геологических и горнотехнических условий эксплуатации (угол падения, мощность, степень нарушенности, газоносность, глубина разработки и т. д.), принимается система разработки длинными столбами по простиранию с полным обрушением кровли. Отработка выемочных столбов предусматривается в нисходящем порядке. Отработка выемочных столбов осуществляется в обратном порядке под небольшим углом по падению.

Способ подготовки выемочных столбов - проведение спаренных выемочных штреков. Схема проветривания выемочных участков комбинированная с восходящим движением вентиляционной струи по лаве и изолированным отводом воздушной смеси из выработанного пространства.

Конвейерный бремсберг К-5 проводится по пласту К-5, предназначен для прохода людей, транспортировки горной массы из очистного забоя 4-2-5-1 и подготовительных забоев. Путевой бремсберг К-5 проводится по пласту К-5 предназначен для доставки материалов и оборудования.

Согласно выполненных расчётов с учетом длительного срока службы выработок крепление путевого и конвейерного бремсбергов К-5 производится арочной крепью А19-27. Сечение выработки в проходке 22 м², в свету до осадки -19,1 м², в свету после осадки -17,4 м². Ширина выработки в свету 5,414 м, высота 4,25 м. Шаг установки крепи 0,8м. Перетяжка кровли металлической решетчатой затяжкой. Оба борта перетягиваются металлической решеткой ЗР-2,6.

3.2.2 Подготовка запасов выемочного участка 4-2-5-1

Подготовка выемочных столбов пласта намечается спаренными (конвейерным и вентиляционным) штреками, проходимыми с конвейерного бремсберга пласта К-5. Длина очистного забоя принята 220 м.

Проходка подготовительных выработок будет осуществляться при помощи проходческого комбайна КП-21.

Для подготовки запасов выемочного участка 4-2-5-1 необходимо проведение ряда горных выработок: конвейерного штрека 4-2-5-1, монтажной камеры 4-2-5-1 (в два этапа: узким сечением и расширение), вентиляционного штрека 4-2-5-1 и флангового бремсберга пласта К-5. Площадь поперечного сечения не пройденных горных выработок (в свету) выемочного участка 4-2-5-1 определена по:

- допустимой скорости воздушной струи (проветривания по различным факторам);

- габаритным размерам подвижного состава и размещению оборудования с учетом минимального допустимого зазора;

- величине усадки крепи после воздействия горного давления и безремонтного содержания в течение всего периода эксплуатации.

Конвейерный штрек 4-2-5-1 проводится по пласту К-5, предназначен для транспортирования горной массы конвейером 2ЛТ120У, прохода людей, подачи свежей струи воздуха в очистной забой 4-2-5-1 и доставки материалов и оборудования при помощи монорельсовой дизельной дороги ДП-155У. Сечение выработки в свету - 11,2 м², в проходке - 12 м². Ширина выработки в проходке - 5,0 м, высота в проходке - 2,4 м. Угол наклона выработки - от 2 до 5 градусов. Длина конвейерного штрека L= 1510 м.

Согласно выполненных расчётов крепление кровли конвейерного штрека 4-2-5-1 производится анкерной крепью: 5 анкеров АСП24 длиной 2.4 м с установкой на одну полиэфирную ампулу длиной 600 мм под подхват ПМШ8 длиной 4,5 м. Перетяжка кровли металлической решеткой ЗР-2,6. Шаг установки крепи 0,8 м.

Оба борта перетягиваются металлической решеткой. Крепление решетки производится анкерами: один анкер АСП длиной 2,2 м, один анкер ШК-1М длиной 1,6 м на шаг установки крепи, под отрезки спец. профиля ПМШ-8 длиной 0,25 м.

Вентиляционный штрек 4-2-5-1 проводится по пласту К-5, предназначен для прохода людей, пропуска исходящей струи воздуха из очистного забоя 4-2-5-1 и доставки материалов и оборудования при помощи монорельсовой дизельной дороги. Сечение выработки в свету 11,2 м², в проходке 12 м². Ширина выработки в проходке - 5 м, высота в проходке - 2,4м. Угол наклона выработки - от 2 до 5 градусов. Длина вентиляционного штрека 4-2-5-1 L= 1510 м. Согласно выполненных расчётов крепление кровли вентиляционного штрека 4-2-5-1 анкерное: 5 анкеров АСП24 длиной 2.4 м с установкой на одну полиэфирную ампулу длиной 600 мм под подхват ПМШ-8 длиной 4,5 м. Перетяжка кровли металлической решеткой ЗР-2,6. Шаг установки крепи 0,8 м. Оба борта перетягиваются металлической решеткой. Крепление решетки производится анкерами: один анкер АСП длиной 2,2 м, один анкер ШК-1М длиной 1,6 м на шаг установки крепи, под отрезки спец. профиля ПМШ-8 длиной 0,25 м.

Монтажная камеры 4-2-5-1 проводится по пласту К-5, предназначена для монтажа комплекса. Сечение монтажной камеры 4-2-5-1 в проходке:

- общее сечение - S_пр. = 16,2 м², (ширина -7,0 м, высота 2,4 м).

Угол наклона выработки от 3 до 10 град. Длина монтажной камеры выемочного участка 4-2-5-1 L= 220 м. Количество анкеров в ряду основной крепи 8 штук, количество промежуточных анкеров в ряду 4 штук на полное сечение.

Фланговый бремсберг К-5 проводится по пласту К-5, предназначен для выдачи части исходящей струи очистного забоя. Согласно выполненных расчётов с учетом длительного срока службы выработок крепление бремсберга производится арочной крепью А16-27. Сечение выработки в проходке 19,1 м², в свету до осадки 16,8 м², в свету после осадки 14,9 м². Ширина выработки в свету 4,76 м, высота 3,72 м. Шаг установки крепи 0.8 м. Перетяжка кровли металлической решетчатой затяжкой. Оба борта перетягиваются металлической решеткой ЗР-2,6.

Графическое изображение сечений горных выработок выемочного участка 4-2-5-1 с расстановкой оборудования приведены на технологических схемах.

3.3 Расчет анкерной крепи конвейерного штрека 4-2-5-1

3.3.1 Исходные данные для расчета анкерной крепи

Расчет параметров полимерной анкерной крепи для конвейерного штрека 4-2-5-1 пласта К-5 производится как для погашаемой выработки в соответствии с пунктом 3.3 «Инструкции по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах России» (ВНИМИ, 2000 г.)

Рисунок 3.1 - Схема к определению расчетного сопротивления пород сжатию:

Таблица 3.1 - Исходные данные для расчета анкерной крепи:

Наименование показателя	Обозначение показателя	Значение показателя
1	2	3
Тип строения пород кровли	-	1
Класс устойчивости кровли	-	2
Глубина расположения выработки, м	Н	700
Угол падения пласта, град.		0-10
Ширина выработки, м	В	5,0
Высота выработки, м	h	2,4

3.3.2 Расчетное сопротивление пород на сжатие

Расчетное сопротивление пород кровли на одноосное сжатие определяется для слоев кровли, залегающих на расстоянии, равном ширине выработки:

с

R_{с к} = 40 0,9 = 36 МПа.

Непосредственная кровля пласта по устойчивости относится к II классу - cредне устойчивая кровля 30 R_с 80 МПа.

Расчетное сопротивление боковых пород на сжатие:

=22,5 МПа.

Коэффициент структурного ослабления 0,9;

Отношение глубины к сопротивлению пород:

=700 / 36 = 19,4.

- крепление выработки анкерной крепью возможно.

3.3.3 Расчет параметров анкерной крепи для кровли выработки

Величина расчетных смещений кровли до влияния опорного давления погашающей лавы определяется по формуле:

Где:

130мм - типовые смещения кровли;

- коэффициент расположения выработки;

- коэффициент влияния ширины выработки;

 (3.4)

- коэффициент влияния смежных выработок.

(3.5)

0,75- коэффициент степени связывания пород;

1- коэффициент наличия зон повышенного горного давления;

- коэффициент обрушения кровли;

U_м=130•1•1,0•1•0,75•1,0=97,5 мм.

Величина расчетных смещений кровли в пластовых выемочных выработках, проводимых в массиве, а затем погашаемых лавой в продолжение всего срока службы определяется по формуле:

(3.6)

Где:

150мм - дополнительные смещения от погашаемой лавы.

U_м = 97,5+150•1•1,0•1•0,75•1,0=210 мм.

Отношение диаметра стержня к диаметрам шпура и ампул:

24/(28-24) = 6

Где:

d_с - диаметр стержня;

d_ск - диаметр скважины;

d_а - диаметр ампулы;

Длина закрепления анкера в шпуре 1,0м.

Несущая способность анкера N_а=100кН.

Расчетная длина анкеров 2,9 м.

Сопротивление анкерной крепи Р_а.к.=83 кН/м.²

Минимальная плотность установки анкеров .

Согласно п. 3.3.3 Инструкции возможно уменьшение расчетной величины анкеров на 20% при условии увеличения при расчете сопротивления анкерной крепи 1,5 Р_а.к.. Расчет параметров анкерной крепи для кровли конвейерного штрека:

Длина анкеров с учетом уменьшения на 20%: 2,4 м.

Необходимое сопротивление анкерной крепи:

1,5•83=124 кН/м.².

Шаг установки анкерной крепи:

(3.7)

0,806 м.

Расчетный шаг установки крепи по требуемой минимальной плотности установки анкеров:

(3.8)

.

Принимаем шаг установки крепи 0,8 м.

Расчет параметров крепи усиления при отработке лавы:

Сопротивление анкерной крепи при влиянии погашающей лавы - сопротивление усиливающих стоек - Несущая способность двух усиливающих стоек, устанавливаемых в зоне влияния очистного забоя:

Шаг установки усиливающих стоек:

(3.9)

3.3.4 Расчет параметров анкерной крепи для боков выработки

Коэффициент концентрации напряжений в боках

Коэффициент увеличения напряжений от других выработок

Коэффициент увеличения напряжений в боках при расположении выработки в зоне влияния очистных работ

Средний объемный вес пород кровли

Относительная напряженность боков :

(3.10)

>1.

Необходимо производить крепление боков анкерной крепью.

Для крепления боков по породе принимаются анкера АСП20 длиной 2,2м, по углю - анкера ШК-1М длиной 1,6м, 20мм с несущей способностью 60кН с установкой их в шахматном порядке. Количество анкеров в боках выработки принимается в зависимости от высоты выработки h=2,4 м.

Расстояние между рядами С_б1,2 (шаг крепи) составит:

(3.11)

Где:

n_б - количество анкеров в боках выработки;

Н - высота выработки =1,13 м.

В паспорте крепления принимается шаг крепи в боках выработки - 0.8 м. с установкой анкеров по породе АСП20 длиной 2,2 м, по углю - анкеров ШК-1М длиной 1,6 м, в шахматном порядке (через один). В качестве поддерживающего элемента при анкеровании боков используются отрезки ПМШ-8 длиной 250 мм или металлические пластины.

3.3.5 Параметры крепи конвейерного штрека 4-2-5-1

Таблица 3.2 - Рекомендуемые параметры крепи конвейерного штрека 4-2-5-1 для кровли:

Наименование параметра	Значение
1	2
Тип анкера	АСП24
Тип опорного элемента	Верхняк ПМШВ-8
Длина анкеров основной кровли, м	2,4
Количество анкеров основной крепи в ряду, шт.	5
Тип ампул	АП-600У
Количество ампул в шпуре, шт.	1
Шаг установки анкерной крепи, м	0,8
Тип стоек усиления	деревянная
Количество стоек усиления в ряду, устанавливаемых в зоне влияния очистного забоя, шт.	2
Шаг установки стоек усиления, м	1,3
Тип решетчатой затяжки	3Р

Таблица 3.3 - Рекомендуемые параметры крепи конвейерного штрека 4-2-5-1 для боков выработки:

Наименование параметра	Значение
Тип анкера	ШК-1М	АСП20
Длина анкеров, м	1,6	2,2
Количество анкеров в каждый из боков, шт.	1	1
Шаг установки крепи, м	1,6	1,6
Тип опорного элемента	Мет. шайба 300300 или баклуша
Тип решетчатой затяжки	3Р

3.4 Расчет технико-экономических показателей проходческих работ

3.4.1 Расчет комплексной нормы выработки

Для расчета данных показателей производственный цикл проходки расчленяется на составляющие его рабочие процессы и операции, по каждому из которых определяется объёмы работ V_i и по действующим нормативным документам устанавливаются сменные нормы выработки на одного рабочего или агрегатные на одну машину Н_а. Агрегатная норма выработки комбайн КП-21 5,7м/см при норме обслуживания n=2,08 чел./см. (т. 4 п. 5в).

Норма выработки на 1 человека:

Н_выр= (3.12)

Н_выр = = 2,437 м/чел. см.

Таблица 3.4 - Расчет комплексной нормы выработки и расценки:

Наименование работ	Ед изм	Норма выработки	Объем работ на цикл	Трудоемкость работ	Основание
Бурение шпуров в кровле	шпм.	43,8	11	0,251	т.8 п.4б
Крепление кровли	анкер	16,8	5	0,297	т.22 п.5а
Бурение шпуров в боках выработки по углю	шпм.	177	1,5	0,0085	т.2 п.2а
Бурение шпуров в боках выработки по породе	шпм.	43,6	2	0,046	т.11 п.5в
Крепление боков выработки	анкер	18,6	2	0,1075	т.22 п.2а
Наращивание вент. труб	м	190	0,8	0,004	т.87
Пропитка угля в массиве	м	30	0,8	0,0267	Компл.
Наращивание ПОТ	м	14,3	0,8	0,0559	т.24
Наращивание труб. дегазации	м	14,3	0,8	0,0559	т.24
Наращивание монорельса	м	4, 12	0,8	0,194	Компл.
Всего			0,8	1,3745
Неучтенные работы 2%				0,027
Итого:	м		0,8	1,401

Т_ц = 1,401 чел.см., при тарифной ставке в 345,888 руб. Итого затраты на цикл 484,6 руб. Суточная трудоемкость работ (T_ц):

Т_сут.=n_ц• Т_ц (3.13)

Где:

n_ц. - число циклов в сутки, 9.

Т_сут.= 1,401• 9=12,61 чел. см.

Принимается явочный состав бригады N_яв=12 чел (ремонтное звено - 3 чел. и 3 звена по 3 человека), коэффициент выполнения нормы: К_пн=12,61/12=1,05, т. е. принятые нормы выполняются на 105%.

Комплексная норма на проведение 1 п. м. выработки составит:



Где:

Т_ц - полная трудоемкость цикла, чел. см.;

L_ц - движение забоя, м.

Н_к. = = 0,571 м. / чел. см.

Комплексная расценка составит:

Где:

аi•Ti - суммарная стоимость работ, руб.

=605,73 руб./м.

3.4.2 Величина месячного ухода

Месячный уход из расчета 9 циклов в сутки составит:

L_мес.=n_ц• L_ц •n_р.д. (3.16)

Где:

n_ц. - число циклов в сутки;

n_р.д. - число рабочих дней в месяц, 27 (3 дня монтажные работы).

3.4.3 Расчет производительности труда:

Списочная численность проходчиков и МГВМ бригады N_сп.бр. определяется из явочного состава:



Где:

n_яв - явочная численность проходческого звена;

К_сп.с. - коэффициент списочного состава.

12 чел.

=12•1,83 = 22 чел.

Плановая производительность труда проходчика и МГВМ на выход определится по формуле:

(3.18)

Плановая производительность труда проходчика и МГВМ за месяц, определится по формуле:

(3.19)

Где:

N_вых - количество выходов одного проходчика, МГВМ;

коэффициент переполнения нормы.

Р_пл.= 0,571•1,05=0,6 м./вых.

Р_пл.= 0,6•21=12,6 м./мес.

Расчет фактической производительности труда:

(3.20)

Явочный штат повременных рабочих бригады принимается 10человек, списочный штат повременных рабочих по бригаде составит:

N_сп.пов.=10•1,83=18 чел.

Месячная производительность труда при проведении выработки составит:

(3.21)

Где:

N_сп.пов.- численность повременных рабочих.

4,86 м./чел. мес.

3.4.3 Расчет продолжительности выполнения каждого процесса цикла.

(3.22)

Где:

t_см - продолжительность смены, мин;

n_чел - количество человек выполняющих процесс;

n_i - трудоемкость каждого процесса, чел./смен;

k_пер - коэффициент перевыполнения нормы.

Таблица 3.5 - Продолжительность выполнения процессов проходческого цикла:

Наименование процесса	трудоемкость процесса, чел./см.	количество человек	продолжительность процесса, мин
Прием и сдача смены		3	10
Выемка горной массы	0,328	3	37
Крепление кровли выработки	0,548	3	62
Крепление боков выработки	0,162	3	18

Итого на цикл:

t_ц= t_выем+t_{кр кр} +t_кр.б. =37+62+18=117 минут.

Число циклов в смену:

n_ц.см = (360-10) / 117 = 2,99, принимается 3 цикла.

Число циклов в сутки:

n_ц.см=3•3=9.

Таблица 3.6 - Продолжительность выполнения ремонтных работ:

Наименование процесса	трудоемкость работ цикл, чел./см.	трудоемкость работ за сутки чел./см.	количество человек	Продолжительность процесса, мин
Прием, сдача смены			5	10
Обслуживание комбайна		1	1	350
Наращивание вент. труб.	0,004	0,036	3	4
Пропитка угля	0,0267	0,2403	1	83
Наращивание ПОТ	0,0559	0,503	2	86
Наращивание труб дегазации	0,0559	0,503	3	57
Наращивание монорельса	0,194	1,746	3	199
Неучтенные работы	0,027	0,243	3	28

3.5 Технология проведения выработки

В начале смены производится прием - сдача смены. МГВМ подготавливает комбайн, проходчики готовят бурильные станки к работе. Далее МГВМ производит выемку и погрузку горной массы, один проходчик следит у перегруза комбайна в вагон В-15К. После отбойки и погрузки горной массы, проходчики и МГВМ приступают к креплению забоя. После осмотра комбайна машинист включает комбайн и подъезжает к груди забоя. Затем он устанавливает исполнительный орган в рабочее положение, включает электродвигатель исполнительного органа и грузчика, начинает разрушать массив.

Транспортировка горной массы из забоя производится при помощи ленточных конвейеров 2ЛТ-120У. Для погрузки горной массы на конвейер применяется самоходный вагон В-15К. По ленточным конвейерам горная масса поступает к скиповым стволам.

Крепление кровли осуществляется анкерной крепью, состоящей из анкеров АСП24, бортов анкерами ШК-1М. После придания забою необходимой конфигурации, машинист комбайн выключает исполнительный орган комбайна, зафиксировав кнопку «СТОП» исполнительного органа. Устанавливается рабочий полок.

Под защитой постоянной крепи, проходчики обирают металлическими пиками длиной 2,5 м кровлю, борта и забой от нависших кусков породы. Затем укладывают на стойки ВК-9 верх крепи длиной 4,5 м., заводят на него и ранее установленную крепь затяжку, после чего верх стойками ВК-9 поджимается к кровле выработки.

Через отверстия верх, с помощью сверла с принудительной подачей или при помощи сверла «RAMBOR», бурятся шпуры глубиной 2,2 м. Затем в устье выбуренного шпура вставляется направляющая трубка из полимерного материала, в которую вставляют полимерную ампулу. В шпиндель сверла «RAMBOR», устанавливается анкерный болт и производится подъем и ввод анкера в шпур, причем при входе анкерного болта в устье шпура производится включение турбобура на вращение и быструю подачу анкера в шпур. После достижения анкером дна шпура дополнительно продолжают его вращение в течение 10-15 секунд, далее ожидают 30-40 секунд, необходимые для затвердевания смолы, при этом анкер удерживается в шпуре турбобуром.

В ремонтную смену в начале смены производится прием - сдача смены, далее электрослесарь занимается обслуживанием комбайна. Проходчики производят перенос датчика ДСВ и наращивание вент. става, затем один проходчик бурит шпуры и производит пропитку угля в массиве, два проходчика производят наращивание пожарно-оросительного трубопровода. После чего проходчики производят наращивание трубопровода дегазации, монорельса, после чего производят доставку крепежных материалов, выполняют другие неучтенные работы.

Доставка материалов и оборудования осуществляется участком шахтного транспорта по монорельсовой дороге ДП-155У.

3.6 Техника безопасности при ведении подготовительных работ

В целях безопасного ведения работы необходимо соблюдать и выполнять требования действующих «Правил безопасности в угольных шахтах». (см. подп. 2.4.5)

4. Разработка технических и технологических решений при отработке пласта К-5

4.1 Анализ производственного опыта при отработке тонких пластов

На шахтах Кузбасса в настоящее время ведется отработка пластов наиболее удобной технологической мощности, для которых создана и серийно выпускается новая высокопроизводительная техника для очистных работ, проходки, транспорта. Запасы, сосредоточенные в тонких и маломощных пластах, как правило, остаются в недрах и не вынимаются.

Основной причиной сокращения объемов добычи угля из тонких пластов стало отсутствие высокопроизводительной техники для их отработки, а при применении комбайновой отработки - крайне низкие нагрузки на очистной забой и высокая трудоемкость работ.

Отказ от разработки пластов малой мощности приводит к нарушению порядка отработки свиты, а также быстрому истощению запасов более мощных пластов, для восполнения которых необходимы вложения больших запасов, строительства новых предприятий, реконструкции или их технического перевооружения. При этом необходимо учитывать, что минеральные ресурсы имеют характерную особенность - они не восстанавливаются. Это приводит к тому, что запасы в мощных пластах иссякают и возможно наступление того момента, когда добыча угля начнет затухать и тогда возникает необходимость разработки мероприятий, целью которых является увеличение срока службы шахт. Оценка запасов угля в Кузнецком бассейне по степени необходимости и целесообразности отработки, выполненная в различные годы в ОАО «ОУК «Южкузбассуголь», «Гидроуголь» с учетом всего многообразия горно-геологических и горнотехнических факторов, показала, что пригодные для выемки запасы угля в тонких пластах составляют более 63 млн. т. Это запасы, которые в настоящее время не подлежат отработке традиционно применяющимися средствами и технологическими схемами выемки. Совсем скоро возникнет такая ситуация, когда угольная отрасль будет поставлена перед необходимостью отрабатывать оставленные по различным причинам запасы угля в тонких пластах, но не будет располагать к этому времени ни соответствующей техникой, ни технологией такого уровня, который обеспечил бы добычу угля в требуемых объемах и качестве.

Отказ от отработки этих запасов повлечет за собой невосполнимую потерю значительного количества угля, ведь по подсчетам удельный объем запасов угля в тонких пластах по Кузбассу составляет 60 %. В тонких пластах залегают большие запасы углей высокого качества. Так, на пластах мощностью 0,8-1,2 м средневзвешенная зольность углей находится в пределах 13%, в то время как зольность добываемых в настоящего время углей из пластов средней мощности в 2-3 раза выше этого уровня.

Тонкие угольные пласты являются ценными и с точки зрения их комплексного использования, так как содержат более высокие концентрации металлов по сравнению с мощными пластами.

Исходя из этого, разработка технических решений по подготовке и отработке тонких пластов является весьма актуальной проблемой, которая одновременно и весьма сложна, ввиду специфичности условий их разработки.

Практика выемки тонких и средней мощности пологих угольных пластов шнековыми комбайнами показал ряд недостатков, которые снижают экономичность горных работ и ухудшают условия труда в очистных забоях. К ним относятся сложность автоматизации работ, излишнее измельчение угля, повышенное пылевыделение и усиление риска для здоровья горнорабочих и опасности взрывов угольной пыли.

Как инженерные расчеты, так и мировой опыт работы угольных шахт показывают, что в лавах на пластах мощностью до 1,5-1,6 м следует применять исключительно струги. Выемочные комбайны для отработки маломощных пластов не созданы. Технология струговой выемки позволяет решить все основные проблемы - вывод людей из забоя, повышение производительности и ряд других.

Угледобывающие компании, не имеющие опыта струговой выемки с применением современных механизированных комплексов, предпочитают в настоящее время либо разрабатывать более мощные угольные пласты, либо использовать на тонких пластах с благоприятными условиями залегания комбайновые комплексы, в том числе украинского производства с механизированной крепью типа ДМ в сочетании с комбайнами УКД200 (УКД 300). Опыт эксплуатации данных комбайновых комплексов на шахтах Украины показывает, что средние нагрузки на комбайновые забои не превышают 1400 т/сут., а при отработке особо выброса опасных пластов - 600-900 т/сут.

Комплекс оборудования включает в себя струг, тяговый орган, верхний и нижний приводы струга, скребковый изгибающийся конвейер с двумя приводными головками, гидродомкраты передвижения, секции крепи, перегружатель, а также гидро и электрооборудование.

Рисунок 4.1 - Лава со струговой установкой:

1- нижний привод струга, 2 -нижний привод забойного конвейера, 3- забойный конвейер, 4 - струг, 5 - приводная цепь, 6 - направляющая труба, 7 - верхний привод струга, 8 - верхний привод забойного конвейера, 9 -секции крепи.

Струги работают в при забойном пространстве по схеме. При выемке струг движется между забоем и забойным конвейером при помощи цепи. Став конвейера является направляющей для струга. Струг перемещается вдоль забоя при помощи калиброванной цепи, рабочая ветвь которой или открыта, или размещается в направляющей трубе, а холостая размещается в направляющей трубе. Цепи и скребки конвейера приводятся в движение приводами 2, а приводная цепь струга - приводами 1,6. Струг в отличие от комбайна не режет уголь, а скалывает его с поверхности забоя.

Струг вынимает нижнюю пачку угля, верхняя пачка обрушается под действием собственного веса. Отбитый уголь грузится на конвейер корпусом струга и его нижним ножом. По всей длине конвейера через определенные расстояния в зависимости от конкретных условий установлены домкраты, осуществляющие передвижку конвейера и прижимающие струг к забою.

Управление струговой установкой осуществляется при помощи блока управления. Возможно дистанционное и автоматическое управление стругом. В первом случае в крайнем положении струг останавливается конечным выключателем ограничителя хода, а для движения в другую сторону включается машинистом установки. Автоматическое управление производится без участия рабочего. Применение струговых установок в последние годы стало наиболее привлекательным способом угледобычи, позволяющие снизить влияние отрицательных факторов, присущих комбайновой выемке угля.

Струговые приспосабливаются к колебаниям мощности пласта и к изменениям крепости углей.

Максимальная продуктивность и низкие производственные затраты при отработке пластов мощностью менее 2 м.

Более простой доступ к запасам, сосредоточенных в пластах малых мощностей. Максимально безопасная работа в лаве.

Надежность работы даже при наличии волнистой гипсометрии угольного пласта и геологических нарушений.

Дозированная передвижка с определенной глубиной резания в зависимости от крепости угля постоянно обеспечивает прямолинейность лавы.

Хотя первые струги и струговая технология были применены на шахтах Германии уже достаточно давно (первый струг был создан Вильгельмом Леббе в 1941 г., из-за недостатков конструкции струговых установок, несовершенства технологии струговой выемки, отсутствия средств автоматизации, невозможности достижения с экономической точки зрения показателей при выемке крепких и вязких углей эта технология не нашла широкого применения на угольных шахтах. Быстроходные струговые установки немецкой фирмы «Вестфалия-Люнен» и созданные с использованием технических решений этой фирмы советские струговые установки типа УСБ нашли ограниченное применение при выемке антрацитовых углей Восточного Донбасса.

Лишь в результате систематических научно-исследовательских опытно-конструкторских работ, выполненных преемницей фирмы «Вестфалия-Люнен» фирмой «ДБТ ГмбХ», открылись совершенно другие возможности для высокопроизводительной и безопасной выемки струговыми установками тонких и средней мощности пологих угольных пластов.

Принцип струговой выемки длинными ходами заключается в снятии стружки угля толщиной до 250 мм на всю мощность пласта по всей длине лавы резцовым исполнительным органом - стругом, перемещаемым с помощью бесконечной струговой цепи по направлению забойного конвейера вдоль забоя. По сравнению с выемочными комбайнами скорость движения струга значительно выше (0,59-1,91м/с) при меньшей глубине резания.

Струг двигается по лаве до штрека, а затем с помощью концевых переключателей автоматически осуществляется реверс движения в противоположном направлении. Применяется двухскоростные двигатели с водяным охлаждением вала. В зоне нахождения приводов движение струга замедляется.

При распространенной ранее струговой выемке передвижка конвейера на забой осуществлялась автоматически сразу после прохода струга с помощью домкратов, в цилиндры которых подавалась рабочая жидкость (водомасляная эмульсия) под давлением 5-6 МПа. Глубина стружки предварительно устанавливалась напочвенным струговым резцом. При определенных условиях наблюдались случаи появления не дозированной (изменяющейся) глубины стружки, что нарушало работу струговой установки. Так, например, при мягком угле лемех конвейера мог чрезмерно внедряться в угольный массив. Наоборот, при повышении крепости угля усилие передвижке конвейера недостаточно, и струг в этих местах проходит, не врезаясь в уголь. В таких случаях поддерживать прямолинейность очистного фронта затруднительно.

На основе проведенных в шахтах многочисленных измерений доказано, что необходимые для обычной струговой выемки оптимальные условия соблюдаются крайне редко. Полученная средняя глубина резания преимущественно ниже заданной измерительным резцом величины, разброс толщины стружки относительно этой заданной величины очень большой. Как следствие, на практике наблюдались большие холостые проходы струга, блокировки струга, а также другие простои, вызванные перегрузкой конвейера. Потери машинного времени струга достигали 50%. В этих условиях при струговой выемке угля на шахтах ФРГ в 1975-1977 гг., обеспечивалась средняя суточная нагрузка на лавы 1130 т.

Поэтому основной задачей струговой техники является добыча угля с точно заданной толщиной стружки.

Но для этого необходимо большее усилие передвижки, чем при обычной выемке стругом, и техника должна обеспечивать четкое ограничение пути передвижки конвейера. Только это позволяет, во-первых, сохранить постоянную загрузку конвейера горной массой и, во-вторых, позволяет предотвратить не дозированную передвижку конвейера, блокировку струга из-за излишне большой толщины стружки.

Фирмой «ДБТ ГмбХ» предложена система дозированной струговой выемки, которая отвечает всем этим условиям и позволяет полностью автоматизировать работу в лаве. Для этого в цилиндры передвижки интегрированы бесконтактные, износостойкие электронные датчики пути (система стержней измерения). Прибор электрогидравлического управления ПМ работой щитовой крепи (который обычно предназначен для осуществления всех функций крепи) позволяет посредством высокого давления (до 12 -15 МПа), входящего через электромагнитный клапан, выдвинуться цилиндрам передвижки после прохождения струга на дозированную, регулируемую величину пути. После достижения полной выдвижки цилиндра передвижки (ход также параметр) секция крепи автоматически завершает всю процедуру передвижки (контроль давления при посадке на соседних секциях осуществляется посредством датчика давления). При выемке пласта стругом секции крепи расстанавливаются по группам в виде зубцов пилы, чтобы ограничить число одновременно передвигающихся секций (иначе могут возникнуть узкие места в системе питания).

Приводы конвейера и струга также автоматически передвигаются на заданную величину стружки. На расположенной у диспетчера или в транспортном штреке под землей центральной вычислительной машине может быть визуализирована вся струговая лава, и отсюда может производиться дистанционное управление. Появляющиеся ошибки самостоятельно исправляются, установленная дистанционная диагностическая система позволяет быстро устранять помехи-ошибки.

Благодаря данной системе предотвращаются холостые движения струга, блокировки струга и перегрузки конвейера. Время работы струга увеличивается за счет сокращения связанных с добычным процессом простоев, а также увеличивается средняя толщина стружки и зависящая от времени работы площадь выемки. Кроме того, устанавливается равномерная нагрузка на приводы конвейера и струга благодаря постоянной толщине стружки, что значительно увеличивает срок их службы. При данной системе учитываются все существенные для работы параметры как, например, люфт механизма передвижки, различное сопротивление при передвижке или воздействие соседних рештаков при передвижке. Это позволяет удерживать точность поддержания толщины стружки в пределах ± 5 %.

Только крупномасштабные ноу-хау производителя добычной системы делают возможной технологическую оптимизацию следующих операций:

- дозируемый, регулируемый ход передвижки забойного конвейера после прохождения струга;

- максимальная сила передвижки без воздействия блокировки;

- минимальное (и устанавливаемое) время передвижки конвейера после прохождения струга;

- возможность отработки длинными ходами или при необходимости также выемка стругом отдельных участков;

- полуавтоматический и полностью автоматический режим работы установки;

- автоматизация пути зарубки / засечки струга;

- автоматическая или ручная корректировка толщины стружки в зависимости от изменения сопротивления резания угольного пласта или загрузки забойного конвейера;

- визуализация положения лавы и всех важнейших пара метров на экране;

- возможность непрерывного управления лавой и удержание заданной линейности лавы.

Для обеспечения струговой выемки с дозированной глубиной резания фирма ДБТ разработала:

- для тонких пластов мощностью до 0,8 м - струговую установку отрывного действия «Райсхакенхобель RHH»;

- для пластов мощностью от 0,8 до 2,0 м и более и любой крепости угля - скользящий струг «Гляйтхобель GH».

При этом в конструкцию струговых установок внесены следующие новые элементы:

- усовершенствованная направляющая струга;

- новая блочная система удержания струга;

- система управления струга по направлению;

- рычажная система управления по мощности пласта;

- бесступенчатая регулировка высоты резания при помощи червячного редуктора;

- быстро съемные резцы;

- автоматизированный механизм передвижки привода;

- редуктор для струга с защитой от перегрузки;

- система автоматического секционного орошения.

Современные струговые установки фирмы «ДБТ ГмбХ» автоматизированы и работают с дистанционным управлением. При благоприятных горно-геологических условиях в забое необходимо присутствие только обслуживающего персонала. Управление рабочим процессом в лаве производится при этом с центральной ЭВМ в штреке или с поверхностного диспетчерского пункта шахты, что является важной предпосылкой для обеспечения высокой производительности и максимальной безопасности работ в забое.

В технологии применения струговых систем залажено согласование скорости движения струга и конвейера, а также глубины резания при движении вверх и вниз. Используются две типичные схемы:

- обгоняющий метод: струг всегда двигается быстрее конвейера и обычно применяется на пластах малой мощности с более твердыми углями;

- комбинированный метод: струг идет быстрее конвейера при движении вверх, медленнее конвейера при движении вниз и обычно применяется на пластах более высокой мощности с более мягкими углями.

Указанные усовершенствования обеспечили высокопроизводительную и безопасную выемку углей любой крепости с тонких и средней мощности пологих угольных пластов. С применением струговых установок типа GH установлены мировые рекорды по добыче угля. Так, на шахте «US-Steel No. 50» в США по пологому пласту мощностью 1,2 м в лаве длиной 270 м струговая установка GM 2.7 обеспечила среднесуточную добычу 9204 т при максимальной 22710 т/сутки. Среднесменное движение забоя составило 18,6 м при максимальном 42 м/сутки. Струговая установка, тип «Гляйтхобель» (GH), эксплуатируемая на шахте «Абашевская», ОАО ОУК «IOжкузбассуголь», развивает производительность до 790 т/ч. На основании более чем пятидесятилетнего опыта применения струговой выемки на многих шахтах мира и совершенствования отдельных элементов струговых установок фирма «ДБТ ГмбХ» гарантирует их высокопроизводительную работу при колеблющейся мощности пласта и меняющейся крепости угля, возможность работы в полностью автоматизированном режиме, высокие технико-экономические показатели на пластах мощностью менее 2 м. Стратегическая экспортная линия, проводимая фирмой «ДБТ ГмБХ» в отношении сотрудничества с Россией - не вывозить на продажу за тысячи километров многотонные металлоконструкции, а развивать сотрудничество на базе кооперации. Например, для струговой лавы в Кузбассе из Германии предлагается собственно струг, конвейер и система управления, обеспечивающие выемку угля с использованием практически любой крепи. Сотрудничество с конструкторами Юргинского завода, Кран-Узловского завода им. И.И. Федунца, института ПНИУИ доказывает хорошую совместимость немецкой системы управления с российскими крепями, требующую, правда, в некоторых случаях выполнения доработок.

4.2 Анализ отечественного производственного опыта применения струговых установок

В бывшем СССР из тонких пластов уголь добывался, главным образом, на шахтах Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов. Примерно одна треть всех забоев была оборудована механизированными комплексами. Согласно техническим характеристикам комплексов, все они, за исключением комплекса «Донбасс», могли эффективно применяться только на пластах, с боковыми породами не ниже средней устойчивости. На пластах с трудно обрушенной кровлей, как показала практика, эти механизированные комплексы работали неудовлетворительно.

Впервые анализ технологий выемки на тонких пологих пластах был выполнен в нашей стране А.Д. Пановым. В технической статье описываются положительные результаты работы на шахте № 9 треста "Снежнянантрацит", которые были достигнуты при помощи узкозахватного комплекса оборудования ДУ-1, состоящего из комбайна "Донбасс-1", скребкового конвейера, металлических стоек с шарнирными верх и посадочных стоек.

Состоянию и развитию струговой выемки на шахтах СССР посвящена статья Н.К. Гринько: "В решении задачи технического перевооружения угольной промышленности большую роль должны сыграть струговые комплексы, являющиеся одним из наиболее перспективных и прогрессивных средств узкозахватной выемки угля".

Первая струговая установка в бывшем СССР была испытана в 1965 году на шахтах комбината "Ростовуголь". Это была новинка угледобывающей техники. Бригада И.В. Савченко с шахты «Южная -1» одна из первых в городе освоила эту струговую установку. С её помощью бригада добывала за сутки более 1000 тонн угля и в 1966 году за 31 рабочий день выдала на гора 112300 тонн угля. Рекорд, поставленный Савченко показал, что новая угледобывающая техника таит в себе большие возможности повышения производительности труда. До применения струговых установок уголь добывался при помощи широкозахватного комбайна, при этом добыча составляла 13 тысяч тонн угля за месяц.

На струговые установки перешла и бригада М. Чиха. Применение новой техники требовало и новой организации труда. После долгих поисков шахтеры пришли к выводу, что струг может работать с полной отдачей лишь при поточной организации труда, которая требовала совмещения процессов добычи и подготовки лавы. Вместе с инженерно-техническими работниками шахты разработали новый паспорт крепления лавы. Перейдя на поточный метод, бригада стала добывать 1500 и более тонн в смену на струговой лаве. В год бригада добывала 500 тысяч тонн угля. Резерв повышения добычи при струговой выемке был в механизации управления кровлей при струговой выемке, для этого необходимо было разработка нового механизированного комплекса с крепью, приспособленного под струговую установку. В ШахтНИУИ на базе М-87Э разработали струговую крепь 1-МКС. В 1970 году такая механизированная крепь вместе со струговой установкой была смонтирована в лаве. С её помощью бригада увеличила среднесуточную добычу до 2000 тонн в смену.

На шахтах бывшего СССР в середине 70-х годов в основном работали струговые установки 3-х типов:

- УСТ-2 (установка струговая тихоходная,V=20-40м/мин.);

- УСБ-2М (установка струговая быстроходная, V>40м/мин.);

- УСБ-67 (установка струговая быстроходная,V=20-40м/мин.).

Все эти струговые установки имели общую компоновку: они состояли из трубчатых направляющих, расположенных с забойной стороны конвейера. Благодаря этому струговая установка объединялась в единый агрегат с конвейером.

Позже в нашей стране были разработаны, изготовлены и испытаны струговые установки нового технического уровня: отрывного типа - СО90У, скользящего типа - СН96, комбинированного типа ЗСКП. Технические решения, заложенные в конструкции этих установок, соответствовали лучшим зарубежным аналогам, а по некоторым показателям и превосходили их. Установки могли работать в комплексе со струговыми механизированными крепями.

На шахтах ПО “Донецкуголь” на пласты, опасные по газу, пыли и внезапным выбросам, приходится около 40% добычи угля, четвертая часть которой обеспечивается струговыми установками. Применение стругов позволяет значительно уменьшить запыленность воздуха и ликвидировать большие нагрузки горного давления в зоне работы струга, перераспределение которых приводит к возникновению внезапных выбросов угля и газа. Эти достоинства струговой выемки способствовали значительному увеличению ее применения, особенно при разработке выброса опасных пластов на больших глубинах.

В 1982 г. на шахтах ПО “Донецкуголь” в работе находились 32 струговые установки, из которых 21 эксплуатировались на пластах мощностью до 0,81 м, семь - от 0,81 до 1,3 м и четыре - более 1,3 м. Струговые механизированные комплексы 1МКС применяются на пластах средней мощности, комплекс КМС-97 - на пластах мощностью 0,78 м, а струговые установки УСБ-67(8), УСТ-2М(14), УСТ-2А(6) и СО-75(2) с индивидуальной крепью - на тонких и весьма тонких пластах.

Длина струговых очистных забоев с механизированными крепями составляет 190-240 м, с индивидуальными крепями - 100-180 м. Преимущественное распространение (68,5%) получила столбовая система разработки. угледобывающий гидрогеологический шахта

Нагрузка на струговый забой составила 1940 т/сут. При этом нагрузка на струговые лавы с механизированными крепями в 2,2 раза выше, чем в лавах с индивидуальными крепями. Время работы струга по выемке угля в лавах с механизированными крепями составляет 23,2%, а с индивидуальными - 18,6% продолжительности смены. При этом более 80% времени работы струга приходится на вторую половину смены, что приводит к затруднениям в работе транспортных средств и создает неблагоприятную газовую обстановку в при забойном пространстве. Для уменьшения неравномерности газового выделения следует стремиться к равномерной работе струга в течение смены.

Размещено на Allbest.ru

...