Технологические параметры очистных комбайнов

ВЫЕМКА УГЛЯ В ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ

I. Общие сведения

Выемка угля может осуществляться механическими способами (исполнительными органами горных машин), при помощи взрывных работ, гидравлическим, механогидравлическим и механовзрывным способами. Выбор способа выемки прежде всего зависит от свойств и состояния пласта полезного ископаемого и окружающих пород, наличия технических средств, требований, предъявляемых к каче­ству полезного ископаемого, а также затрат на выемку. Большое влияние на выбор способов выемки оказывает устойчивость пород кровли и почвы. Если усилия, развиваемые выемочными машинами, недостаточны для разрушения угля, производится подготовка пласта к выемке, которая заключается в их предварительном рыхлении с помощью взрывных работ. Однако часто по условиям пылегазового режима взрывные работы не могут применяться.

Процесс выемки включает в себя не только разрушение пласта, но и погрузку полезного ископаемого. Эти процессы могут выпол­няться либо одной, либо разными машинами, одновременно или последовательно в зависимости от горно-геологических условий и технологии очистных работ. На крутых пластах отсутствует необ­ходимость в погрузочных работах и выемка заключается лишь в раз­рушении угля. То же можно сказать о гидравлическом способе до­бычи, где погрузка заменяется гидросмывом угля.

Наиболее широкое распространение получила выемка угля меха­ническим способом. Она осуществляется с помощью комбайнов, стру­гов, бурошнековых установок, отбойных молотков и угольных пил.

Выемка полезного ископаемого осуществляется или в длинных очистных забоях, или в коротких забоях — камерах, заходках. В отечественной практике наибольшее распространение получили длинные очистные забои. В зависимости от способа выемки очистные забои могут иметь прямолинейную или уступную форму.

Различают широкозахватную и узкозахватную выемку. Широко­захватной называют выемку, при которой разрушение угольного массива осуществляется полосами шириной более 1 м. Выемка, при которой разрушение угля производится полосами шириной менее 1 м, называется узкозахватной. В некоторых случаях выделяют выемку с шириной захвата 0,2—0,5 м и называют ее малозахватной.

В связи с тем что отжим угля наиболее интенсивно проявляется у кромки забоя, большое значение имеет не только разделение выемки на широкозахватную и узкозахватную, но также и ширина захвата в пределах узкозахватной выемки.

Разновидность узкозахватной выемки, при которой разрушение угля производится стругом, движущимся вдоль забоя и срезающим стружку шириной 0,1—0,2м, называют струговой выемкой.

Разрушение полосы угольного пласта в очистном забое может осуществляться одновременно по всей длине забоя или же в одной точке, перемещающейся вдоль линии очистного забоя.

Выемка, при которой исполнительный орган обрабатывает всю поверхность забоя, а направление выемки угля совпадает с направле­нием подвигания забоя, называется фронтальной. Эта схема позво­ляет осуществить поточную организацию работ с минимальным числом операций по лаве и высокой степенью механизации.

Выемка, при которой разрушение полосы угля производится маши­ной, передвигающейся вдоль забоя перпендикулярно к его подвиганию, называется фланговой. Фланговая схема характеризуется малооперационностью, позволяет совмещать основные процессы в лаве, способствует применению высокопроизводительных пере­движных механизированных крепей. В отличие от фронтальной схемы работ в этом случае не обеспечивается поточная выемка, однако при наличии самозарубающихся комбайнов время на концевые опе­рации сводится к минимуму. Поэтому в настоящее время фланговая выемка нашла более широкое применение.

Возможна комбинированная выемка, при которой самозарубка производится в направлении подвигания забоя, а непосредственно, выемка — в перпендикулярном направлении.

Узкозахватные выемочные машины, работающие по фланговой схеме, могут быть разделены на два типа: одностороннего действия с холостым перегоном после выемки полосы угля и челноковые, производящие выемку угля в обоих направлениях.

Возможны различные схемы расположения выемочной машины и забойного конвейера относительно друг друга и забоя:

1) комбайн располагается на первой (машинной) дороге, а кон­вейер на второй;

2) комбайн и конвейер располагаются на первой дороге;

3) конвейер располагается на первой дороге, а комбайн осу­ществляет выемку угля в лоб уступа (комбайны БКТ и 2УК);

4) комбайн работает с рамы забойного конвейера, располага­емого у забоя (комбайны БК-52, 2К-52, 1К-101 и МК-67).

Первая схема является обычной при применении шитюкозахватных комбайнов и разборных конвейеров. Она не обеспечивает более рациональную узкозахватную выемку, и поэтому в настоящее время область ее применения сокращается.

Вторая схема представляет собой улучшенный вариант первой благодаря отсутствию ряда крепи между корпусом комбайна и за­бойным конвейером. Однако исключение первого ряда крепи свя­зано с резким увеличением площади обнажения кровли и, следовательно, ограничивает область применения комбайнов по фактору устойчивости боковых пород.

При третьей схеме в значительной степени улучшаются условия погрузки отбитого угля на конвейер, что обусловливает уменьшение объема ручных работ, при этом создаются благоприятные условия для обеспечения постоянства захвата комбайна. Основные недостатки этой схемы: значительное обнажение кровли в месте работы комбайна, что снижает область ее применения по фактору устойчивости боковых пород: значительные трудности с управлением комбайном в условиях пластов с неспокойным залеганием.

Четвертая схема в настоящее время нашла наиболее широкое применение. При этой схеме обеспечивается направленное перемеще­ние комбайна, улучшаются условия погрузки разрушенного и само-обрушающегося угля. Благодаря этому возможна выемка угля при больших скоростях подачи. Кроме того, совмещение комбайновой и конвейерной дороги позволяет уменьшить необходимую ширину призабойного пространства и улучшить условия применения пере­движных механизированных крепей. Существенным недостатком этой схемы является сложность размещения на пластах мощностью менее 0,8 м комбайна на конвейере с оставлением между ними за­зора, достаточного для прохода крупных кусков угля.

Технологические параметры очистных комбайнов

Очистным комбайном называется машина, выполня­ющая операции по отделению угля от массива, разрушению его и погрузке на забойный конвейер.

В зависимости от условий применения различают очистные ком­байны, предназначенные для пологих (О—35°), наклонных и крутых пластов (35—90°), а также комбайны для пластов весьма тонких (до 0,8 м), тонких (0,8—1,3м) и средней мощности (1,3—3,5м). Комбайны могут работать по односторонней схеме с холостым пере­гоном в исходное положение, по двусторонней схеме с разворотом по концам лавы и по челноковой схеме (двусторонняя работа без разво­рота по концам лавы). Комбайны различаются по конструкции, габаритам, мощности, расположению исполнительных органов по отношению к корпусу комбайна и принципу их работы. Различные варианты расположения исполнительных органов комбайнов при­ведены на рис. 3.I.

Основными требованиями к комбайнам являются: обеспечение механизированной отбойки угля любой крепости и вяз­кости, высокая производительность, полная погрузка угля на забой­ный конвейер, обеспечение выхода крупных классов угля, выемка пласта по всей длине очистного забоя, эффективное пылеподавление при работе и низкая удельная энергоемкость.

В настоящее время применяются барово-цепные, дисковые, штан­говые, барабанные, шнековые, буровые и корончатые исполнитель­ные органы, а также их сочетания. Наибольшее распространение получили буровые, шнековые и барабанные исполнительные органы.

Для бурового исполнительного органа ха­рактерно разрушение угля путем прорезания глубоких кольцевых щелей с последующим взламыванием оконтуренных целиков. При этом обеспечиваются высокая сортность угля и относительно неболь­шое пылеобразование при выемке. Главным недостатком бурового исполнительного органа является невозможность самозарубки комбайна в пласт без заездов, а также сложность его конструкции, обу­словленная необходимостью применения вспомогательных рабочих органов для оформления почвы пласта и поверхности забоя.

Барабанные исполнительные органы выпол­няются с горизонтальной и вертикальной осью вращения. При нали­чии двух барабанов исполнительный орган легко регулируется по мощности пласта и позволяет изменять глубину захвата путем уста­новки съемных элементов. Недостатками барабанных исполнитель­ных органов с горизонтальной осью являются: невозможность само­зарубки в пласт, сильное измельчение угля, недостаточная транспор­тирующая способность, что вызывает необходимость повышения

Рис. 3.I. Расположение исполнительных органов комбайна

скорости резания, ведущего к ухудшению режима резания, а также необходимость в специальном погрузочном устройстве значительной массы и габаритов.

Шнековый исполнительный орган аналогичен барабанному с горизонтальной осью вращения, но отличается от него по условиям погрузки отбитого угля на забойный конвейер. Поток отбитого угля направляется вдоль оси шнека, что уменьшает путь транспортирования, снижает рециркуляцию и измельчение угля в процессе погрузки и не требует дополнительных сложных погру­зочных приспособлений. Работа шнекового органа не требует боль­ших скоростей резания, что позволяет увеличить сечения срезов и улучшить сортность добываемого угля. Шнековые исполнительные органы обеспечивают возможность самозарубки, что определяет их перспективность при создании самозарубающихся комбайнов.

Погрузка угля при выемке комбайном производится либо спе­циальными погрузочными устройствами, либо непосредственно ис­полнительными органами, либо комбинированным способом.

Узкозахватные комбайны со шнековыми, корончатыми и барабан­ными исполнительными органами осуществляют погрузку исполни­тельными органами и дополнительными устройствами в виде лемехов, подпорных и погрузочных щитков.

Необходимо отметить, что применяемые на комбайнах рабочие органы и погрузочные устройства не обеспечивают полной погрузки разрушаемого угля на конвейер. Кроме того, пространство между забоем и конвейером после прохода комбайна засыпается углем, а иногда и породой. Совершенствование средств погрузки идет по линии ликвидации ручных работ по зачистке и погрузке угля, оста­ющегося после прохода комбайна, и передачи конвейеру функций навалки угля. При этом необходимо применять в очистном забое спе­циальные погрузочные устройства, расположенные на комбайнах или забойных конвейерах.

Комбайны с исполнительными органами шнекового типа выпол­няют роль шнекового конвейера. Такой конвейер может хорошо транспортировать уголь лишь в том случае, если он подпирается к спиралям шнека. Если же уголь не встречает сопротивления в направлении, перпендикулярном к транспортированию, то после прохода комбайна на дороге остается такое количество угля, что конвейер не может быть передвинут без предварительной зачистки почвы пласта. Для создания подпора применяют погрузочные щитки.

Погрузочные щитки могут быть поворотными и откидными. Поворотные щитки могут применяться при вынимаемой мощности пласта, на 300 мм превышающей диаметр рабочего органа, с тем чтобы при перемене направления движения комбайна можно было перекинуть щиток на поворотном кронштейне. Если это условие не может быть выполнено, рекомендуются откидные погрузочные щитки. При работе комбайнов по челноковой схеме с рамы конвейера могут предусматриваться два откидных погрузочных щитка, действу­ющих поочередно в зависимости от направления движения ком­байна. Откидные погрузочные щитки не препятствуют фронтальной самозарубке комбайнов при использовании в них самозарубных шнеков.

Недостатком погрузочных щитков является снижение скорости подачи комбайна в результате создаваемого ими подпора, а также то, что они приводят к измельчению угля и не могут грузить уголь, попавший на почву вследствие отжима.

При работе комбайнов одностороннего действия применяют плуговые отвальные грузчики, которые при выемке угля переме­щаются за комбайном, а при обратном ходе — впереди него.

В качестве устройств активного действия применяют грузчики различных конструкций, закрепленные на корпусе комбайна. Основ­ными преимуществами таких погрузочных устройств являются: уменьшение рециркуляции отбитого угля вследствие своевремен­ного его отвода из зоны разрушения, возможность эффективной навалки угля в лавах на пластах с углом падения до 25°. Однако погрузочные устройства активного действия не получили распро­странения в связи с тем, что они значительно усложняют конструк­цию комбайна. Стоимость таких устройств высока и они исключают возможность самозарубки.

Погрузочные и зачищающие устройства, расположенные на за­бойных конвейерах, разделяются на статические и активные лемеха и погрузочные струги.

Статические лемеха крепят к каждой секции конвейера, для передвижки которого применяют гидродомкраты. Наибольший эф­фект может быть получен в лавах с механизированными крепями. При ровной и ненарушенной почве наибольшая эффективность при­менения статических лемехов достигается при работе лав по восста­нию, где отбитый уголь лучше скользит по лемеху.

Лемеха активного действия совершают возвратно-поступатель­ное движение вдоль конвейера и разрыхляют уголь. Основные их не­достатки — необходимость увеличения консоли крепи на 30 см и дополнительного технического обслуживания.

Конструктивные особенности, параметры комбайнов и схемы их работы определяют область рационального их применения (табл.3.I). Существующие в настоящее время комбайны могут успешно применяться для выемки пластов мощностью от 0,45 до 3,2 м с углами падения от О до 90°. Однако эффективность работы комбайнов, пред­назначенных для различных условий, неодинакова. Это объясняется трудностью создания машин для весьма тонких пластов, нерешен­ностью вопросов, связанных с опе­рациями в конечных пунктах лавы, а также трудностью механизации сопутствующих процессов.

Выемка угля комбайном

При выемке угля комбайном работы начинают с подготовки его в конеч­ных пунктах лавы. Характер этих работ зависит от способа подготовки ниш и самозарубки комбайна, а так­же от конструкции погрузочных устройств.

При челноковой схеме работы комбайна с лемехами и передвижке его в заранее подготовленную нишу машинист и его помощник начинают цикл с приемки смены и осмотра комбайна, демонтажа лемеха и пере­движки комбайна к забою вместе с го­ловкой конвейера. После передвижки конвейера комбайн перемещается по лаве на 3—4 м без лемеха. При этом погрузка угля производится вручную помощником машиниста и другими рабочими. Они же монтируют лемех. На эти операции затрачивается 20—30 мин.

При самозарубающихся комбай­нах концевые операции производятся иным образом (см. ниже).

Таблица 3.l

Комбайн

Область применения

Ширина захва­та, м

Исполни­тельный орган

Способ погрузки угля

Скорость подачи, м/ мин

Схема работы

Мощность электродви­гателя, кВт

Размеры, мм

Масса, кг

Мощность д ласта, м J

Угол падения , градус

рабочая

маневро­вая

Длина

Ширина

Высота

1ГШ-68     1К-101 2К-52М КШ-1КГ КШ-ЗМ 1К-58М БК-52 * M К -67 БКТ « Комсомо­лец- 1 » А 70 «Темп-1» «Кировец» 2КЦТГ К-56М К-56МГ «Урал-38»

1,25-2,6     0,75—1,2 1,1-1,65 1,3—2,8 1,8—3,5 2,0—3,2 0,95—1,4 0,7—1,0 0,55—0,80 0,50—0,80 0,4-0,8 0,65-1,4 0,55—0,90 0,55—0,75 1,9-2,5 I ,У ^5*3 0,9-1,8

до 20     0—20 0—35 0-15 до 20 0-20 0-20 0—20 0—35 >40 >40 >40 0—18 0—18 0-15 0—15 0—15

0,63; 0,8     0,63; 0,8 0,63; 0,80 0,63 0,63; 0,50 0,63 0,625 0,80 0,80 0,90 0,90 0,9; 1,0 1,65; 1,80 1,55; 1,60 2,2-2,6 - 3,0

Шнековый     То же » » » » Буровой Барабан­ный Буровой То же » Барабан­ный . Цепной Буровой Коронча­тый То же »

Шнеком и по­грузочным щит­ком То же » » » » Буровыми ко­ронками и щит­ком Барабаном с погрузочным ЩИТКОМ Буровыми коронками и щитком Самотеком » » Кольцевым грузчиком Буровой коронкой Баровым грузчиком Гидросмывом »

0—0,6     0-3,5 0—5,45 0—6,0 0,3—5,5 0—6,0 0—3,5 0-6,0 0—7,6 0,43; 0,76; 1,1 0,43; 0,76; 1,1 0.43; 0,76; 1,1 • 0-0,97 0—2,8

-     0-1,0 - - - - 0—10 5,88 5,88 5,88 0—10 0-8,1 Само­ходный » »

Челноковая 110´2   » 75/105 » 75/105 » 75/105 » 105/145 » 145/105 » 75/105 » 65/115 » 110 Односто- 11/32 ронняя То же 30/40 Односто- 20/50 ронняя То же 41 Двусторон- 41 няя с раз­воротом Двусто- 45 ронняя То же 45 » 36

6500 7800 7095 7730 10310 6500 6180 8120 4840 3965 4980 4850 4026 5150 5850

400 760 1430 1700 1500 720 520 400 400 350 480 460 400 1550 760

9700 10 500 12 240 24 060 25 000 11 700 8070 8500 3540 3780 4420 5817 8734 15 300 12 740 9800

Во время выемки угля (рис. 3.2) комбайном управляют машинист и два его помощника. Часть угольной мелочи, остающейся после прохода комбайна, грузится на конвейер вручную. После снятия одной полосы угля комбайн заводят в нишу у вентиляционного штрека, производят то же концевые операции и затем снимают следующую полосу угля.

Основные недостатки челноковой схемы: недостаточная механизация погрузки отбитого угля при наличии значительного отжима угля; проникновение обрушенных пород в призабойное пространство, так как при последовательном передвижении секций сверху вниз остаются зазоры, не перекрытые крепью; работа людей в запыленной атмосфере.

-

Рис. 3.2. Технологическая схема выемки угля узкозахватным ком­байном:

1, 2 — нижняя и верхняя ниши; 3 — комбайн; 4 — погрузочный лемех; 5 — конвейер; 6,7 — верхняя и ниж­няя приводные головки

Рис. 3.3. Схема к определению выхода угля от зачистки

При односторонней схеме работы комбайна выемка угля осущест­вляется при движении снизу вверх. При движении в обратном направлении комбайн нава­ливает на конвейер оставший­ся на почве уголь. Вслед за комбайном производятся лишь незначительная подчи­стка лавы вручную и офор­мление забоя. При значи­тельном количестве оста­ющегося на почве угля трудоемкость основных опе­раций по выемке на 1 м длины забоя на 30—40% ниже, чем при челноковой схеме, за счет сокращения ручных работ по зачистке лавы. Объем погруженного угля при за­чистке угля комбайном (рис. 3.3).

где r—ширина захвата, м;

h_к — высота конвейера от забоя, м;

b — угол естественного откоса отбитого угля (35—45°) в зависи­мости от крупности и влажности угля);

g_отб— объемная масса от­битого угля в насыпке (0,9-1,1 т/м3);

L_М — длина части лавы, с которой вынимается уголь комбайном, м.

На перегон комбайна с зачисткой затрачивается в среднем 32,5 мин для комбайна 2К-52 при длине лавы 200м и 17 мин для комбайна КШ-ЗМ при длине лавы 100 м.

Основными достоинствами односторон­ней выемки угля являются: снижение трудоемкости ручных работ по зачистке лавы; нахождение на незапылённой струе воз­духа основной части рабочих, занятых на оформлении забоя и креплении; независимость скорости выемки угля комбайном от скорости выполнения работ по оформлению забоя и зачистке лавы; повышение безопасности работ по оформлению забоя.

Рис. 3.4. Технологическая схема выемки угля комбайном на крутом падении

Основные недостатки односторонней вы­емки: ухудшение при прочих равных условиях использования комбайна во времени и дополнительное измельчение отбитого угля при навалке его на конвейер исполнительным органом комбайна.

Выемка угля комбайном на крутом падении производится снизу вверх в лоб заходки. Чтобы комбайн лучше прижимался к забою и не происходила выбивка крепи падающими кусками угля, очистному забою придают наклон 5—10° к линии падения (рис. 3.4). Комбайн 1 подвешивается на двух канатах 2, которые через блоки на кран-балке 3 идут к лебедке 4, установленной в вен­тиляционном штреке. Управление комбайном осуществляют ма­шинист и его помощник. Помощник машиниста передвигается с пультом управления 5 в 10—20 м выше комбайна и по сиг­налам машиниста включает или останавливает комбайн. Маши­нист комбайна непрерывно ведет наблюдение за работой и следит за состоянием кровли.

На выбросоопасных пластах машинист и его помощник нахо­дятся в вентиляционном штреке и фактически постоянного наблюде­ния за работой комбайна не осуществляют. Спуск комбайна производится без демонтажа. Для этого устанавливают упорный куст под комбайном и распорную стойку в вентиляционном штреке, закрепляют и отсоединяют рабочий и предохранительный канаты, переносят кран-балку и выбивают упорный куст.

Спуск комбайна осуществляется машинистом и его помощником с помощью рабочих очистного забоя.