Технико-экономические показатели струговой выемки в угольной отрасли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технико-экономические показатели струговой выемки в угольной отрасли

С. Кузембаев

Автоматическое управление забойным оборудованием, получившее распространение во всех основных угледобывающих странах, непрерывно развивается и совершенствуется. Если первые системы предусматривали только регулирование скорости подачи выемочных машин и реализовывались несовершенными средствами, то в настоящее время ведутся разработки по осуществлению автоматического режима работы всего комплекса забойного оборудования, с применением средств вычислительной техники.

В отечественной и зарубежной практике за последнее десятилетие накоплен большой опыт создания и эксплуатации автоматизированных комбайнов, стругов, конвейеров, крепей и комплексных систем. Положенные в их основу теоретические изыскания и технические решения отличаются разнообразием принципов и аппаратуры. Структура и функции систем автоматического управления зависят также от конструкции и компоновки узлов забойных машин.

Автоматизация забойного оборудования охватывает широкий круг задач по улучшению режимов работы привода и трансмиссии, получению оптимальных характеристик и увеличению производительности машин и механизмов, обеспечению их защиты от недопустимых перегрузок и повышению безопасности труда.

Практика выемки тонких и средней мощности пологих угольных пластов шнековыми комбайнами показала ряд недостатков, которые снижают экономичность горных работ и ухудшают условия труда в очистных забоях. К ним относятся сложность автоматизации работ, излишнее переизмельчение угля, связанное с повышенным пылевыделением и усилением 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, и, видимо, не могут быть найдены эффективные конструкции таких комбайнов. Технология струговой выемки позволяет решить все основные проблемы -- вывод людей из забоя, повышение производительности и ряд других.

Основные преимущества струговой технологии:

- струговая техника -- это испытанная и надежная техника от изобретателей струга с опытом применения более 50 лет;

- высокий технический уровень, интегрированные системы -- все «из одних рук», работа всех системных компонентов оптимально согласована;

- струговые системы ДБТ приспосабливаются к колебаниям мощности пласта и к изменениям крепости углей;

- возможна работа в полностью автоматизированном режиме;

- максимальная продуктивность и низкие производственные затраты при отработке пластов мощностью менее 2 м;

- более простой доступ к запасам, сосредоточенным в пластах малых мощностей;

- ремонтные работы всегда могут производиться вне лавы;

- значительная установленная мощность как гарантия высокой производительности;

- не требуется присутствия машиниста в лаве;

- 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;

- интеллектуальные приводные системы гарантируют оптимальную защиту цепи от порывов.

- Применение струговых установок в последние годы стало наиболее привлекательным способом угледобычи в мире.

Основной экономический показатель, характеризующий эффективность работы лавы, -- средняя нагрузка на лаву. Этот показатель для струговых лав в различных странах колеблется в достаточно широких пределах. Об этом свидетельствуют, например, показатели работы струговых лав в США (табл. 1).

Таблица 1. Основные технико-экономические показатели работы струговых лав в США

В ФРГ при выемке тонких и средней мощности пластов достигнуты высокие технико-экономические показатели благодаря наличию в пластах мягких углей, поддающихся строганию, применению высокопроизводительных струговых установок и механизированных крепей, а также современной технологии и организации работ в струговых лавах. Отмечено увеличение коэффициента машинного времени в струговых лавах (из расчета на календарное время), однако этот показатель и величина среднесуточной нагрузки на забой в большинстве лав пока отстают от показателей высокопроизводительных комплексно-механизированных лав (табл. 2).

Повышение суточной нагрузки на все струговые лавы может быть обеспечено в первую очередь за счет увеличения продолжительности работы машин в течение суток, что является одной из неотложных задач угольной промышленности Германии на ближайшую перспективу.

В настоящее время в Донбассе (Украина) разрабатывают более 80 угольных пластов, из которых 73, 2 % имеют мощность 0, 51-1, 20 м и 22 -- мощность 1, 21-1, 80 м. Преобладают углы падения пластов до 35°. Современная механизация очистных работ на таких пластах базируется на применении узкозахватной техники, в том числе струговых установок и комплексов.

В Российской Федерации для Кузбасса, в частности для компании ОАО «Объединенная угольная компания «Южкузбассуголь», шахт «Юбилейная», «Абашевская», а особенно для шахт «Первомайская», «Березовская», «Новая», следует рекомендовать только струговые установки.

Таблица 2. Технико-экономические показатели работы струговых лав в Германии

Струговая установка, тип «Гляйтхобель» (GН), эксплуатируемая на шахте «Абашевская», ОАО ОУК «Южкузбассуголь», развивает производительность до 790 т/ч. В стадии монтажа находится струговая установка на шахте «Березовская». Поступает струг на шахту «Северная», ОАО «Воркутауголь».

Для струговой лавы в Кузбассе из Германии предлагаются собственно струг, конвейер и система управления, обеспечивающие выемку угля с использованием практически любой крепи. Сотрудничество с конструкторами Юргинского машзавода, Кран-Узловского завода им. И.И.Федунца, Института ПНИУИ доказывает хорошую совместимость немецкой системы управления с российскими крепями, требующую, правда, в некоторых случаях выполнения «стыковочных» доработок. Предлагаемая фирмой «ДБТ ГмбХ» по линии кооперации струговая установка обеспечивает, с учетом сложных условий в забое (обводненность и проч.), высокую среднесуточную нагрузку.

В Казахстане струговая выемка угля нашла распространение на шахте «Казахстанская» угольного департамента АО «Миттал Стил Темиртау». Сейчас в самом молодом -- Тентекском районе Карагандинского бассейна действует три шахты: «Казахстанская», им. Ленина и «Тентекская». Они разрабатывают пласты т₃, т₁ тентекской и пласты д₁₁, д₁₀, д₉ и д₆ долинской свит и имеют более благоприятные горно-геологические условия, чем шахты в Чурубай-Нуринском районе.

Шахта «Казахстанская» была сдана в эксплуатацию в 1969 г. с годовой проектной мощностью 2, 7 млн. т. Высокий уровень технических решений, заложенных в проекте, и благоприятные условия разработки позволили шахте на 2, 5 года раньше срока освоить такие показатели, как среднесуточная добыча (9000 т), производительность труда рабочего по добыче (110 т/мес); годовая проектная мощность была достигнута в 1973 г. (2, 807 млн. т). В дальнейшем шахта постоянно снижала годовую добычу при значительном ухудшении других технико-экономических показателей.

Ухудшение качества добываемого угля вызвало необходимость в строительстве обогатительной установки мощностью 3, 6 млн. т в год. Проектом 2-го горизонта, строительство которого завершено, мощность шахты установлена в 3, 6 млн. т в год. Впоследствии проект был пересмотрен, со снижением мощности до 2, 7 млн. т в год¹.

Таким образом, в начале 90-х годов ХХ столетия шахта «Казахстанская» имела годовую проектную мощность 2, 7 млн. т в соответствии с пропускной способностью скипового угольного подъёма. Высокий уровень технических решений и благоприятные горно-геологические условия выводили её в 80-90-х годах в число наиболее перспективных. Разработка пластов Долинской свиты обеспечивает в настоящее время добычу угля коксующихся марок К и КЖ. Промышленные запасы шахты не превышают 55 млн. т, а на глубоких горизонтах резервных полей имеются запасы около 92 млн. т. Резерв использования скиповых подъемных установок, а также достаточные запасы угля позволяют увеличить мощность шахты до 4 млн. т в год².

Применение струговой установки на шахте позволяет интенсивно добывать многомиллионные запасы коксующегося угля дефицитной марки «КЖ», которые сосредоточены в маломощных пластах. Но пока сдерживают темпы неудовлетворительное состояние вентиляционного штрека и, как следствие, большие трудозатраты на подрывку его почвы и оформление верхней ниши. В настоящее время для ликвидации «узкого места» две бригады ведут проходку нового вентиляционного штрека, расположенного ниже существующего, с оставлением небольшого целика шириной до 3-4 метров. В новых условиях возрастает машинное время струговой установки, что позволит увеличить добычу угля до 4-4, 5 тыс.т.

В целом обобщение опыта применения струговой выемки на шахтах многих стран мира и Казахстана позволяет сформулировать научно обоснованные предложения и рекомендации.

1. Струговая выемка, являющаяся в ряде стран одним из основных способов подземной разработки угля, постоянно развивается. Причем на современном этапе четко выделяется ряд направлений, по которым идет совершенствование экономики и техники, технологии и конструкции струговых установок и комплексов.

2. Опыт эксплуатации свидетельствует, что применение струговой выемки наиболее эффективно при отработке тонких пластов, отнесенных к категории особо выбросоопасных, где выполнить существующие противовыбросные мероприятия весьма затруднительно. Однако струговая выемка не исключает возможности возникновения внезапных выбросов угля и газа даже при противовыбросных мероприятиях. Нормативными документами по технике безопасности предусмотрен ряд мер по обеспечению безопасности рабочих в случае возникновения внезапного выброса угля и газа. Одной из наиболее радикальных мер является вывод людей из лавы и выработок с исходящей струей воздуха во время работы струговой установки. В этой связи необходимо средствами автоматического контроля, управления и автоматизации компенсировать потерю непосредственного контакта оператора (и его помощника) с машиной, создать условия для сохранения требуемого объема информации (функционирования электрических и гидравлических систем).

3. Производительность струга зависит от режима работы забойного конвейера, поэтому в системах автоматизации струговых установок часто предусматривается одновременное автоматическое управление конвейером.

При существующих скоростях движения струга и конвейера возможны следующие режимы работы:

1) скорости струга и конвейера постоянны, причем скорость конвейера на 30-40 % больше скорости струга;

2) скорость конвейера постоянна, а скорость струга примерно в 1, 5-2 раза больше скорости конвейера при их одностороннем движении и в 2-2, 5 раза меньше скорости конвейера -- при встречном;

3) скорости конвейера и струга постоянны, причем скорость струга примерно в 3 раза больше скорости конвейера;

4) скорость струга больше скорости конвейера, которая регулируется ступенчато; при одностороннем движении струга и конвейера скорость последнего мала, а при их встречном движении скорость конвейера максимальна.

Третий и четвертый режимы обеспечивают наилучшее использование системы «струг -- конвейер». Третий способ реализуется более просто, чем четвертый, так как не требует изменения скорости конвейера и улучшает режим его работы. При постоянной скорости конвейера можно обеспечить его постоянную производительность и исключить большие динамические нагрузки, возникающие при ускорении перегруженного конвейера.

Четвертый режим работы системы «струг -- конвейер» может применяться только при выемке тонких пластов или при работе на крепких углях. Изменение скорости конвейера при реверсе струга приводит к неравномерной загрузке транспортных средств, обслуживающих лаву, хотя степень использования системы «струг -- конвейер» при применении этого режима максимальна.

4. При решении вопроса применения струговых установок для выемки выбросоопасных пластов наряду с автоматизацией привода, увязкой технологических блокировок намечены дополнительные мероприятия, направленные на решение данной задачи. Так, необходимо разработать систему автоматического управления передвижкой приводной станции с индикацией параметров системы передвижчика конвейера и состояния схемы на лицевой панели пульта управления, обеспечить уменьшение и стабилизацию выбега исполнительного органа (струга) с учетом повышения точности автоматического контроля местонахождения струга по длине лавы (в том числе в ее конечных точках).

5. Наряду с обеспечением нормального технологического режима работы струговой установки контроль прямолинейности особенно необходим на выбросоопасных пластах, где основной причиной выбросов является интенсификация выемки угля на отдельных участках лавы (30-40 м). Такая технология приводит, как правило, к сверхнормативным искривлениям линии очистного забоя, что повышает выбросоопасность призабойной части пласта. Нужно стабилизировать толщину снимаемой стружки, что будет способствовать поддержанию прямолинейности конвейерного става; одновременно следует решить вопрос о его рациональной загрузке, например, путем изменения напорного усилия в линейных гидродомкратах в зависимости от местонахождения струга и направления его движения.

6. Комплекс аппаратов регулирования струговой установкой на выбросоопасных пластах должен предусматривать возможность блокировки с использованием средств непрерывного контроля параметров газовой обстановки, акустического контроля работы машины, пожаро- и выбросоопасности. Современные системы автоматического контроля и управления струговыми установками (комплексами) обусловили необходимость создания телемеханических систем на основе применения микропроцессорных средств вычислительной техники, в том числе однокристалльных микро-ЭВМ. Комбинирование микропроцессорных средств с дисплеем для управления, автоматизации и диагностики состояния механизмов струговой установки (комплекса), позволяющее контролировать многочисленные данные, значительно облегчит работу оператора.

7. Комплекс разрабатываемых средств автоматизации, составляющих единое целое с машиной, будет способствовать коренному усовершенствованию струговой установки (комплекса), даст возможность уверенно управлять установкой (комплексом) дистанционно и следить за протеканием технологического процесса выемки угля по контрольно-измерительным приборам, обеспечит безопасность труда, станет одним из источников повышения надежности и долговечности струговых установок.

Улучшение технико-экономических показателей струговой выемки на современном этапе должно идти в первую очередь за счет комплексной механизации всех взаимосвязанных процессов, автоматизации и внедрения систем управления на базе ЭВМ, сокращения потерь рабочего времени путем совершенствования организации труда, улучшения ремонта и технического обслуживания оборудования, повышения его надежности (и в результате -- значительного увеличения коэффициента машинного времени выемочного оборудования).

автоматизированный комбайн угольный шнековый

Список литературы

1. Дрижд Н.А., Баймухаметов С.К., Тоблер В.А. и др. Карагандинский угольный бассейн: Справочник. -- М.: Недра, 1990. -- С. 299.

2. Сагинов А.С., Дрижд Н.А., Шулятьева Л.И. Эффективность использования и проблемы развития шахтного фонда Карагандинского бассейна // Горный журнал Казахстана. -- 2004. -- № 5. -- С. 5-7.

Размещено на Allbest.ru