Совершенствование технологического оборудования системы пылеподавления в лаве увлажнением угольного массива

ISSN 2077-1738. 2016. (46)

Размещено на http://www.allbest.ru/

25

ISSN 2077-1738. 2016. (46)

25

Совершенствование технологического оборудования системы пылеподавления в лаве увлажнением угольного массива

к.т.н. Степанов Е.И.,

к.т.н. Петров А.Г., к. психол.н. Авершин А.А.

(СУНИГОТЛГУ им. В. Даля, Стаханов)

Для пылеподавления в лаве увлажнением угольного массива предложено новое технологическое оборудование. Нагнетание воды в массив через забойные шпуры осуществляется гидропреобразователями с электрическим управлением перемещения плунжеров. Источником воды и потребляемой энергии является пожарно-оросительная магистраль шахты. В забойные шпуры после нагнетания в угольный массив воды помещают ампулы с жидкостью, разрушение которых в процессе выемки угля повышает эффективность пылеподавления.

Ключевые слова: пылеподавление, dust control, угольный массив, coal massif, забойные шпуры, blast holes, увлажнение, гидропреобразователи, плунжеры, ампулы с водой

Актуальность проблемы. При выемке угля происходит интенсивное пылеобразование, в связи с чем ухудшаются санитарно-гигиенические условия труда рабочих в очистном забое и повышается риск профессиональных заболеваний. Материалы обследования очистных забоев угольных шахт свидетельствуют о том, что, несмотря на достигнутые успехи в области пылеподавления, остаточная запыленность в лаве еще во много раз превышает предельно допустимые нормы [1, 2].

Снижение запыленности воздуха в лаве до уровня предельно допустимых концентраций возможно при комплексном применении различных способов предотвращения образования и снижения выделения пыли, а также обеспыливания рудничной атмосферы. Если разрабатываемые пласты опасны по пыли, газу и внезапным выбросам, то перед выемкой угля дополнительно осуществляется увлажнение-насыщение жидкостью угольного массива.

Увеличение глубины залегания разрабатываемых пластов приводит к тому, что даже безопасные пласты перестают быть таковыми. При этом предварительное увлажнение может стать обязательным и неотъемлемым мероприятием технологической цепи выемки полезного ископаемого [З, 4].

В отличие от большинства других методов борьбы с угольной пылью, которые направлены на её улавливание и связывание, предварительное насыщение жидкостью позволяет изначально уменьшить пылеобразование благодаря повышению влажности и смачиванию пыли.

Наиболее технологичным и приемлемым почти во всех геологических и технических условиях ведения горных работ является способ нагнетания жидкости в угольный массив через короткие шпуры из забоя лавы [5, 6].

К недостаткам способа следует отнести, как показывает практика [5], сложность технологического оборудования, крайне неравномерное распределение нагнетаемой увлажняющей жидкости в угольном массиве вокрут шпуров. Это приводит к снижению эффективности пылеподавления. Для улучшения качества увлажнения массива приходится увеличивать давление нагнетания и количество нагнетаемой жидкости, которое сложно дозировать. Естественное в этом случае стекание жидкости под действием сил тяжести к почве пласта, ее скапливание и просачивание в рабочее пространство лавы приводят к ухудшению санитарно-гигиенических условий труда (переувлажнению рабочего пространства), налипанию мелких фракций разрушенного угля на очистное оборудование (заштыбовке его подвижных элементов), чрезмерному расходу жидкости и т.д.

Таким образом, наиболее перспективный способ предварительного увлажнения угольного массива путем нагнетания жидкости через забойные шпуры и необходимое для его реализации оборудование нуждаются в дальнейшем совершенствовании.

Анализ публикаций. Существующая система нагнетания жидкости в угольный массив пласта для его увлажнения включает в себя высоконапорный гидронасос с приводом, регулирующую и предохраняющую гидроаппаратуру, гибкие гидромагистрали низкого и высокого давления, вспомогательные устройства и приспособления.

Необходимость обеспечения высокого до 20...40 МПа давления при нагнетании воды в пласт требует применения мощных гидронасосов с большими габаритами, неприемлемыми в стесненных условиях очистного забоя.

В случае размещения гидронасоса в подлавной выработке возникает необходимость в протяженной, находящейся под высоким (опасным) давлением гидромагистрали в лаве. В случае же применения гидронасоса, перемещаемого по лаве от шпура к шпуру, возникают проблемы, особенно на тонких пластах, с подтягиванием, укладкой и защтой силового кабеля, питающего электропривод гидронасоса, или трубопровода в случае пневмопривода.

Очевидно, для увлажнения угольного массива через короткие (забойные) шпуры необходимо создать компактные мобильные технические средства нагнетания воды в угольный массив с безопасным приводом и коммуникациями, не требующими спеиального взрыво-искробезопасного исполнения.

Формулирование цели. Цель исследования -- разработка технических решений по совершенствованию технологического оборудования для предварительного увлажнения угольного массива через забойные шпуры и повышения эффективности пылеподавления в очистном забое.

Изложение основного материала. На кафедре горной электромеханики и транспортных систем Стахановского учебно-научного института горных и образовательных технологий ЛГУ им. В. Даля проведены исследования, по результатам которых предложены технологическая схема нагнетания жидкости в угольный массив (рисунок 1) с применением гидропреобразователей, структурно-гидравлическая схема подключения гидропреобразователей (рисунок 2) и соответствующая технологическая оснастка. Техническое решение конструктивного исполнения гидропреобразователя защищено патентом Украины [9]. Нумерация обозначений в схемах одна и та же.

Рисунок 1 -- Технологическая схема нагнетания жидкости в массив угля

1 - гидропреобразователь; 2 - электрогидрораспределитель; З - кронштейн; 4 - конвейер лавы; 5 - секции механизированной крепи; 6 - линия очистного забоя; 7 - шпуры; 8 - гибкий трубопровод; 9 - краны; 10 - полая штанга; 11 - гибкий трубопровод высокого давления; 12 - пожарно-оросительный трубопровод; 13 - герметизатор; 14 - угольный массив; 15 - кран сброса Давления; 16 - шланг сброса жидкости; 17 - обратные клапаны; 18 - подготовительная выработка; 19 - эластичные ампулы.

Согласно технологической схеме после обуривания очистного забоя 6 лавы шпурами 7 на глубину зоны разгрузки призабойной части угольного массива 14 пласта гидропреобразователи 1 с электрогидрораспределителем 2 закрепляются на кронштейне З и перемещаются вдоль линии очистного забоя 6. Кронштейн З перемещается от шпура к шпуру по ставу конвейера 4 лавы, оборудованной секциями 5 механизированной крепи, или в рабочем пространстве между гидростойками секций 5. Гидропреобразователи 1 с электрогидрораспределителем 2 поочередно подключаются к гибкому трубопроводу 8 через краны 9 со стороны низкого давления и к штангам 10 через гибкий трубопровод 11 со стороны высокого давления. Открывается кран 9, и с пожарнооросительного трубопровода 12 гидропреобразователями 1 через гибкий трубопровод 11, штангу 10 и загерметизированный герметизатором 13 шпур 7 в угольный массив 14 нагнетается жидкость. Давление нагнетаемой жидкости составляет 20 МПа; время нагнетания 5-10 мин.; расход жидкости на шпур 15-25 л. Для сброса давления открывается кран 15, что позволяет отключиться от трубопровода 8 и штанги 10 шпура. Кронштейн с гидропреобразователями перемещается к другому шпуру.

Процесс нагнетания воды под давлением в угольный массив и принцип работы гидропреобразователей можно представить из анализа структурно-гидравлической схемы (рис. 2.).

Жидкость под давлением порядка 0,60,8 МПа поступает из трубопровода 12 через электрогидрораспределитель 2 в полости большего диаметра 20 нижнего гидропреобразователя L

Под действием воды плунжеры сдвигаются, жидкость из штоковой полости 21 гидропреобразователя 1 свободно сливается (сбрасывается) в дренаж через трубопровод 16, а из полости малого диаметра 22 под давлением поступает через обратный клапан 17, трубопровод 11 и штангу 10 в шпур 7, а затем и в угольный массив. После исчерпания хода плунжера и переключения электрогидрораспределителя 2 жидкость под давлением подается в полость 21, а из полости 20 дренажируется, т. е. осуществляется холостой ход плунжера. После этого рабочий цикл повторяется. 20 - полость большего Диаметра; 21 - штокавая полость; 22 - полость малого Диаметра.

Работа верхнего гидропреобразователя 1 осуществляется аналогично.

Рисунок 2 -- Структурно-гидравлическая схема подключения гидропреобразователей

Переключение электрогидрораспределителя 2 осуществляется посредством электромагнитных приводов К1 и К2, работа которых синхронизирована с работой гидропреобразователей. Мощность электромагнитного привода при номинальном напряжении источника постоянного тока 12 В, составляет 4 Вт.

Электромагнитный привод К1 включается при замыкании контактов игольчатых концевых выключателей Вб, В7, В1, В4, а электромагнитный привод К2 -- при замыкании контактов В2, ВЗ, В5, В8.

Нагнетание жидкости в пласт каждым гидропреобразователем 1 и рабочий ход его плунжеров прекращаются при достижении равенства = F2 где Е1, F2 -- силы, давления в полостях 20 и 22. Максимальное давление жидкости в шпуре 7 зависит от конструктивно-технологических параметров системы (величины давления в пожарно-оросительном трубопроводе, размеров площадей торцевых поверхностей плунжеров, состояния гибкого трубопровода высокого давления и пр.). Например, при размерах площадей большей торцевой поверхности плунжера, равной 0,07 м , и меньшей -- 0,002 м , максимальное давление нагнетания составляет 28 МПа. При давлении нагнетания порядка 15-20 МПа и ходе плунжера 0,25 м подача достигает 14 л/мин.

Дозированная и контролируемая подача воды в угольный массив позволяет избежать его перенасыщения нагнетаемой жидкостью и последующего переувлажнения рабочего пространства лавы. Для компенсации недостающего количества воды, необходимого для смачивания отбитого угля, после окончания процесса нагнетания её в угольный массив 14 на всю глубину забойных шпуров 7 помещаются эластичные ампулы 19 с жидкостью. Очистной комбайн при работе в забое разрушает эластичные ампулы, осуществляя таким образом дополнительное увлажнение отбитого угля.

Таким образом, к достоинствам разработанного устройства нагнетания воды в пласт угля следует отнести: 1) компактность, 2) мобильность, З) отсутствие электромеханического привода и, следовательно, полную искро-взрывобезопасность, 4) простоту компоновки технологической оснастки, 5) повышение безопасности и сокращение времени проведения предварительного увлажнения, 6) дозированную и контролируемую подачу жидкости.

Выводы и направления дальнейших исследований. Предлагаются новые технические решения при создании устройства для нагнетания жидкости в массив угля на основе работающих от пожарнооросительной магистрали шахты гидропреобразователей с электрическим управлением перемещения плунжеров. Эффективность пылеподавления может быть достигнута в результате рационального сочетания количества жидкости, нагнетаемой в пласт, и жидкости, депонированной в ампулах для дополнительного орошения при их разрушении исполнительным органом комбайна в процессе выемки угля.

пылеподавление лава увлажнение угольный

Библиографический список

1. Положення про порядок i ведення нещасних захворювань i на Правила безпеки у шахтах: НПАОП 10. 0--1. --10. -- К. 2010.

2. Олифиренко А.И. Насосная установка для борьбы с газодинамическими явлениями / А.И. Олифиренко, С.В. Никитин И Уголь Украины. -- 2007. --Ngll. -- С. 26--28.

3. Зборщик М.П. Предотвращение притоков метана в призабойное пространство высоконагруженных лав /М.П. Зборщик И УГОЛЬ Украины. -- 2012. -- М]2. -- С. 11--16.

4. Мхатвари Т.Я. Оптимизация параметров и технологии гидрорыхления угольных пластов [Т. Я. Мхатвари, А.А. Потапенко, С. П.Минеев И Уголь Украины. -- 2014. -- ЛФ4 -- С. 25--28.

5. Способ предварительного увлажнения призабойной зоны разрабатываемого пласта /Ю.И. Шумко, Ю.В. Деев. -- Опубл. 05.07.78, Бюл. ЛФ25.

6. Иверовский Е.Н. Насосные станции механизированных угледобывающих комплексов / Е.Н. Иверовский // УГОЛЬ Украины. -- 2007. --М 4. -- С. 19--20.

7. Степанов Е.И. Конструктивно-гидравлическая схема гидростанции для механизированных крепей /Е.И. Степанов, А.А. Амирахов, А. А. Рогов И Уголь Украины. -- 2010. --М2. -- С. 17--18.

Размещено на Allbest.ru