KPATEP * Библиотека "Горное дело" * А.Д.Игнатьев "Технология подземной выемки угля и перспективы ее развития"


Глава III
ТЕХНОЛОГИЯ ВЫЕМКИ БЕЗ КРЕПЛЕНИЯ ОЧИСТНОГО ЗАБОЯ

Наряду с работами в области совершенствования обычной технологии выемки угля (с креплением очистного забоя) в настоящее время ведутся исследования в направлении создания технологии выемки без крепления очистного забоя и присутствия в нем людей.

Некоторые примеры практических решений в этом направлении, заслуживающие наибольшего внимания, приводятся ниже.
А. МЕХАНИЗИРОВАННАЯ ВЫЕМКА
§1. Буровой способ выемки угля

В последние годы за границей проводились промышленные эксперименты по применению механизированной выемки с помощью буровых машин. Этот способ заключается в выемке угля посредством выбуривания в пласте скважин большого диаметра.

При разработке пластов пологого падения выемка осуществлялась шнеко-буровыми машинами, при разработке крутопадающих пластов — буровыми машинами.

При шнеко-буровой выемке машина с рабочим органом в виде буровой головки с забурником и шнековыми штангами бурит по пласту скважины. Уголь с помощью шнеков выдается к устью скважины и грузится на конвейер. Скважины бурят одну около другой, а машина по мере пробуривания передвигается вдоль забоя.

Первые опыты по шнеко-буровой выемке были проведены в США на открытых работах, а затем были созданы и испытаны шнеко-буровые машины для подземных условий, отличающиеся меньшими размерами. [58]

Шнеко-буровые машины для подземных условий в США выпускаются фирмами «Кардокс» и «Джой». В ФРГ выпускается машина фирмы «Корфман».

Схемы подготовки к подземной шнеко-буровой выемке в США, Англии и в ФРГ примерно одинаковы. Выемочное поле нарезается на столбы, которые образуются путем прохождения специальных печей между откаточным и вентиляционным штреками (рис.28). Расстояние между печами составляет 50— 60 м. Печи проходятся обычно без подрывки, иногда с верхней или нижней подрывкой. Шнеко-буровая машина устанавливается в печи строго по заданному направлению. Между машиной и стенкой забоя под шнековым ставом устанавливаются скребковые или ленточные конвейеры, на которые поступает уголь из скважины. Бурение производится с печи в обе стороны, поэтому конвейеры-перегружатели устанавливаются с обеих сторон машины (рис.29). Расстояние между скважинами при экспериментальных работах принималось различное: от 3—3,5 м вначале до 0,1—0,2 м впоследствии, когда убедились, что шнеки при работе не зажимает. Шнеко-буровая выемка за рубежом сопровождалась большими потерями угля в межскважинных целиках (до 40—50%), так как они не вынимались.

Конструкции выпускаемых различными фирмами машин во многом сходны. Машина фирмы «Кардокс» состоит из остова прямоугольной формы, внутри которого размещены двигатель, гидравлическая муфта, реверсивная коробка зубчатой передачи и гидравлическое оборудование. Остов машины выполнен из труб, которые одновременно служат резервуаром гидравлической системы. Гидравлическое оборудование включает насос, три верхних и четыре нижних домкрата. Насос развивает давление около 50 ат, что обеспечивает усилие подачи буровой головки 2040 кг; распорное усилие домкратов 4082 кг. Машина [59] и гидравлическое оборудование приводятся в движение от электродвигателя мощностью 25 л.с.

Машина имеет четыре пневматических ската для передвижения по горным выработкам и ролики с желобами для перемещения по рельсам от скважины к скважине, а также поворотную плиту, на которой может вращаться. Бурение может производиться в обе стороны от штрека, что позволяет значительно сократить время на перестановку машины. Диаметр режущей головки и шнеков 609 мм, длина головки 9-14 мм, длина секции шнека 1829мм. Высота машины в транспортном положении 1800 мм, в рабочем — 940 мм, ширина соответственно 1940 и 2910 мм; длина в транспортном положении 4010 мм, в рабочем положении без буровой головки 3350 мм, с буровой головкой 4870 мм.

Шнеко-буровая машина фирмы «Джой» имеет двигатель мощностью 40 л.с. Приборы управления шнековым ставом и гидравлическим насосом смонтированы на стальной раме. Шнек получает вращение от двигателя через зубчатую муфту. Во время установки машина с помощью домкратов поднимается, а перед перемещением — опускается.

Шнековые секции выпускаются двух типов: диаметром 610 и 762 мм при длине 1220 мм. (Высота машины 762 мм, длина 2745 мм, ширина 1525 мм, ее вес 4500 кг; скорость вращения буровой головки 25 об/мин; усилие подачи буровой головки (на патроне) 5000 кг.

Машина фирмы «Корфман» (рис.30) по расположению рабочего органа аналогична машине «Кардокс», но имеет семь установочных гидравлических домкратов, из которых четыре упираются в почву и позволяют устанавливать ее в горизонтальном или наклонном положении; три верхних домкрата упираются в кровлю и тем самым обеспечивают устойчивое положение во время работы. [60]

На машине может быть установлен электродвигатель мощностью 25, 50 и 75 л.с.; насос развивает давление 70 ат. Длина машины 3300 мм, ширина 1950 мм, высота 600 мм, вес 3500 кг. Длина секции шнека 1,8 м, вес 130 кг. Машина от скважины к скважине перемещается на колесах. Исполнительным органом шнеко-буровой машины, от которого во многом зависит скорость и направленность бурения, а также сортность получаемого угля, является буровая головка. Во время экспериментов были проверены различные конструкции буровых головок — цилиндрическая, трехлучевая, коронная. Наилучшие результаты показала последняя.

Для облегчения забуривания шнеко-буровой машины используют специальное приспособление, так называемый бар «Келли», который представляет собой вал длиной 2,75 м, опирающийся на консольную опору-станину. При забуривании на машине устанавливаются станина и бар с буровой головкой. Как только буровая головка войдет в уголь на всю свою длину, бар «Келли» и станину снимают и вместо них ставят две секции шнеков. По мере углубления скважины шнековые секции наращивают. Следующую скважину бурят второй буровой головкой. По мере углубления скважины буровой став наращивают секциями, извлекаемыми из предыдущей скважины с помощью, того же бара «Келли».

Эффективность работы машины зависит от глубины направленного бурения, которая определяется степенью совершенства конструкций буровой головки, шнековых секций и их соединительных замков, а также от скорости бурения и опытности обслуживающего персонала. По мере накопления опыта и совершенствования бурового инструмента оказалось возможным бурить скважины длиной до 37 м почти без искривлений. Отклонение скважин от заданного направления происходит, как [61] правило, в сторону вращения бурового инструмента, между собой они относительно параллельны. Искривление в вертикальной плоскости бывает обычно незначительным и зависит от конструкции бурового инструмента, степени неоднородности угольного массива и скорости бурения; при малых скоростях бурения скважина уходит в почву, при больших — в кровлю.

Конструкция буровой головки, скорости ее вращения и подачи оказывают значительное влияние на сортность получаемого

В табл. 4 приведены данные о выходе угля по сортам в процентах к общему выходу, полученные в результате опытных работ.
Таблица 4
Крупность угля
Цилиндрическая головка, 45 об/мин.
Трехлучевая головка,
45 об/мин.
Трехлучевая головка,
55 об/мин.
Коронная головка,
55 об/мин.
Скорость подачи буровой головки, м/мин.
0,53
1,09
0,63
0,78
0,91
1,09
1,24
+50
34,6
40,4
2,5
6,3
2,5
5,7
44,0
+25
10,9
8,7
8,4
15,1
13,6
9,1
10,0
+12,7
13,6
9,6
24,0
21,5
21,3
20,5
11,6
+12,7 -6,3
17,0
15,8
34,7
31,5
29,3
31,1
17,0
+6,3 -0
23,9
25,5
30,4
25,6
33,3
33,6
17,4

100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0
100,0

Как показывают сравнительные данные по одной из английских шахт, сортность угля при шнеко-буровой выемке такая же, как и при обычной (машинной) технологии выемки.

При разработке пластов, опасных по газу, замеры показывали значительное содержание в скважинах метана (до 7—8% и более). Это заставляло в отдельных случаях прекращать работы. После длительных поисков средств для улучшения проветривания были созданы шнековые секции со стальными трубками, расположенными параллельно валу шнека и соединяемыми между собой специальными муфтами. Между первой муфтой и секцией шнека устанавливался нагнетательный вентилятор. Однако и эта установка не обеспечивала полной безопасности работ при большом газовыделении. Вопрос проветривания скважин на сильно газовых пластах не решен до настоящего времени.

Организация работ при шнеко-буровой выемке относительно простая. В процесс выемки входят установка, выравнивание и раскрепление машины, забуривание, бурение скважины, наращивание секций, передвижка машины от скважины к скважине. Бригада из двух человек за 7,5 часа пробуривает 67—80 пог.м скважин. Время бурения скважины длиной 25 м (13 секций) составляет 96 мин. При бурении шести скважин [62] общей длиной 150 м затрачивалось 15 ч 06 мин, в том числе непосредственно на бурение 9 ч 36 мин и на передвижку машины — 5 ч; простои из-за неполадок составляли 30 мин. Таким образом, затраты времени, на вспомогательные операции (главным образом на перемещение и установку машины) довольно значительные и доходят до 50%.

Производительность шнеко-буровой машины в подземных условиях сравнительно невысока. По данным испытаний в английских шахтах при диаметре скважин 0,9 м добыча за неделю при двухсменном режиме работы составила 605 т, а при диаметре 1,2 м - 1978 т. Производительность труда рабочих – 12-30 т и более. При бурении скважин диаметром 60 см производительность труда рабочего по участку составляла 4,15 т/выход.

Основным недостатком выемки шнеко-буровой машиной являются большие потери угля в межскважинных целиках. Так, при их ширине в среднем 0,1 м потери достигают: при мощности пласта 0,8 м — 38%, при мощности пласта 0,6 м — 40% и при мощности пласта 0,45 м — 44,5%.

Другим существенным недостатком является малая длина направленного бурения. Практически она составляла в подземных условиях до 40 м (на открытых работах — до 120 м). Небольшая глубина направленного бурения обусловливает значительные объемы подготовительных работ.

ИГД АН проводит опыты по шнеко-буровой выемке угля в Волынском бассейне на шахте № 7 по пласту мощностью 0,6 м с помощью машины фирмы «Корфман» с диаметром буровой головки 0,5 м. Основной задачей экспериментов является отработка технологической схемы выемки, ее основных параметров, установление эффективности буровой выемки. Уже при первых опытах была достигнута добыча угля 20 т за смену при средней производительности труда 2,4 т и максимальной — 6 т/выход. На соседних участках в комбайновых лавах по этому же пласту производительность труда составляла всего 1,6 т/выход.

С целью сокращения потерь угля в межскважинных целиках б. ВУГИ начата разработка технологической схемы выемки с обратным расширением скважин. Работа по этой схеме позволит сократить потери угля до 20—25%. Для осуществления такой схемы необходимо создание машины со специальной расширяющей головкой.

На крутом падении применяется буровой способ выемки. В этом случае необходимость в шнековых секциях отпадает, поскольку разрушаемый буровой головкой уголь перемещается по скважине под действием собственного веса. Примером такого способа могут служить промышленные испытания специальной сдвоенной буровой машины на одной из шахт бассейна Нор и Па-де-Кале на пластах крутого падения. [63]

Машина устанавливалась на штреке и скважины бурились по восстанию (рис.31). Исполнительным органом машины являются две специальные буровые коронки (рис.32), которые выбуривали скважину сечением 800х500 мм. После выхода бурового инструмента на вентиляционный штрек буровые коронки и рыхлители снимаются и на их место устанавливается расширительная головка (рис.33). При работе машины с расширительной головкой вниз по падению сечение скважины увеличивается до 1500х500 мм. Высота сдвоенной буровой машины 375 мм, длина 2540 мм, ширина 650 мм. Привод машины — два пневматических двигателя мощностью по 6 л.с. Скорость бурения достигала 18—20 м/час. На бурение скважины длиной 32 м с расширением затрачивалось 5 ч 30 мин. При бурении восстающей скважины машину обслуживали 3 чел.; выход угля при этом составил около 20,8 т, при расширении скважины - 24 т; производительность труда рабочих была около 14,5 т/выход. Отклонение скважин длиной 32 м не превышало 20 см. Применение расширительной головки позволило сократить потери угля до 15—20%.

В СССР шнеко-буровой и буровой способы могут найти применение при выемке весьма тонких пластов или пластов с неустойчивыми кровлями. Например, на шахтах Волынского бассейна оставляются большие запасы угля, представленные пластами мощностью 0,4—0,5 м и даже 0,6 м (составляющие более 30%), вследствие отсутствия надлежащих средств механизации для лав со слабыми кровлями.

Шнеко-буровой и буровой способы выемки могут быть применены при работе под водоемами, населенными пунктами или важными сооружениями, а также для выемки тонких пластов при разработке месторождений, опасных по внезапным выбросам угля и газа. Эксперименты по шнеко-буровой выемке пластов, опасных по горным ударам, проводились также на шахтах США, но результаты этих экспериментов пока не опубликованы.

Представляется целесообразным в ближайшее время создать опытные образцы шнеко-буровых машин, для работы по схеме с обратным расширением скважин и провести промышленные испытания их.

§2. Комбайновая выемка с дистанционным управлением

При высоком уровне механизации процессов добычи угля в области автоматизации управления добычными машинами сделаны пока только первые шаги. Работы в этом направлении еще не вышли из стадии экспериментов.

Работы по созданию добычного оборудования с дистанционным управлением в США ведутся с 1941 г. В 1950 г. была создана третья по счету конструкция автоматического комбайна [65] фронтального действия «Карбайд», предназначенного для выемки угля при разработке горизонтальных пластов заходками. Машина была введена в эксплуатацию в октябре 1950 г.; до конца 1952 г. с ее помощью было добыто около 150 тыс. т угля.

Разрабатываемый пласт имел мощность около 1,2 м; в средней его части имелся прослоек углистого сланца толщиной 0,1 м. Непосредственной кровлей пласта служил тонкий слой (0,1 м) угля, выше залегал мощный слой песчаника.

Перед началом добычных работ производилось вскрытие выхода пласта с помощью экскаватора и бульдозера, и образовывался уступ с бермой шириной около 10,5 м. Комбайн и механизмы управления располагались на специальной платформе, которая перемещалась по рельсам, уложенным по берме уступа (рис.34). Схема ведения горных работ представлена на рис.35.

Выемка угля производилась длинными заходками (до 200 м) шириной около 3 м и высотой около 0,95 м; заходки не крепились, но между ними оставлялся целик угля шириной около 1,0 м. При большей мощности пласта возможна выемка угля на полную его мощность путем осуществления последующей заходки ниже предыдущей в одной вертикальной плоскости.

Комбайн «Карбайд» смонтирован на гусеничной тележке, приводимой в движение двигателем постоянного тока мощностью 7,5 л.с. Скорость подачи его может плавно меняться от 0 до 0,75 м/мин.

Рабочий орган машины - четыре режущие головки, перекрывающие друг друга. Головки оснащены вольфрамово-карбидными зубками. Каждая головка имеет центральную часть, несущую специальную фрезу. Остающиеся в забое гребешки угля скалываются при движении машины двумя ножами, расположенными у почвы и кровли пласта. Отбитый уголь с помощью скребков, закрепленных на валах за режущими головками, направляется на скребковый конвейер, установленный в средней части машины. Рабочая часть комбайна за режущими лезвиями закрыта стальным кожухом, поэтому просыпания угля не происходит. Конвейер переносит уголь от груди забоя в хвостовую часть машины, где он перегружается на ленточный секционный портативный конвейер; длина каждой секции составляет около 7,0 м.

По мере подвигания комбайна секции, смонтированные на двухколесных тележках с пневматическими шинами, присоединяются одна к другой. Когда выработка пройдена на всю длину столба, комбайн с конвейером выдаются на поверхность.

После выемки одной заходки выемочная машина выходит на передвижную платформу и подается к месту следующей заходки. На самопередвигающейся платформе установлены все приводные двигатели, двадцатитонный бункер, перегрузочные [66] конвейеры, электрооборудование и приборы для контроля за работой комбайна и управления им.

Общая мощность двигателей агрегата, включая и двигатели конвейеров, составляет 200 кВт. Для подвода электроэнергии к комбайну служит 14-жильный кабель длиной 300 м, намотанный на барабан, который установлен на рабочей платформе. Кабель разматывается с помощью особого гидравлического устройства. Вес выемочной машины 20 т, вес агрегата 60 т.

Контроль за положением комбайна в вертикальной плоскости может производиться при помощи так называемого «стратоскопа» - электрического датчика, измеряющего величину усилия резания одного из зубков. На двух крайних режущих головках устанавливаются два таких датчика, показания которых передаются на поверхность. Оператор следит за показаниями, наблюдая за экранами двух осциллоскопов. На каждом из экранов видна светящаяся линия в виде окружности. Если зубок, контролируемый датчиком, режет более твердый материал, чем уголь, то на светящейся окружности появляются зубчики. Поскольку в средней части пласта проходит прослоек сланца, при резании его на одной стороне светящейся окружности в определенном месте показываются зубцы. Перемещение зубцов в другую часть окружности должно означать, что машина движется либо в кровлю, либо в почву, что позволяет оператору вовремя придать машине заданное направление. Для этого он, дистанционно управляя гидравлическими домкратами, опускает или поднимает режущие головки выемочной машины.

Контроль за машиной в горизонтальной плоскости может осуществляться путем измерения толщины оставляемого целика угля. Для этой цели на машине сзади, со стороны угольного целика, укреплено сверло, которое просверливает целик через каждые 7 м, когда добавляется новая секция конвейера. Длина сквозного отверстия указывается на специальной шкале в кабине управления на поверхности. Устранение отклонения в сторону осуществляется также дистанционно с помощью специальных лыж, расположенных на комбайне с противоположной от целика стороны. Боковые отклонения и «винтообразность» положения машины указываются на особой шкале и ликвидируются путем подъема или опускания соответствующей режущей головки. Проветривание забоя осуществляется с помощью специальных гибких шлангов, которые тянутся за машиной.

Максимальная производительность машины за смену составляет 567 т при списочном составе рабочих 30-37 чел. Потери угля в целиках составляли около 35%.

Дальнейшие экспериментальные работы показали, что, вследствие серьезных неполадок, связанных главным образом с контролем и управлением движением комбайна, необходимо присутствие сопровождающего машину человека. [68]

Переход на полное автоматическое управление пока не увенчался успехом даже при использовании телевизионной установки, передатчик которой размещался на машине, а экран на поверхности. В настоящее время намечаются дальнейшие опыты по изысканию средств передачи нужных сведений на поверхность с тем, чтобы осуществить полное дистанционное управление.

Аналогичные промышленные испытания проводились и в Пенсильвании с комбайном «Колмол». Здесь наносы мощностью 30 м были сняты разрезной траншеей, из которой по пласту при помощи комбайна проводились очистные выработки (камеры) с оставлением между ними целиков. Средняя мощность пласта - 1,1 м, залегание - пологое. Пласт имел тонкий породный прослоек, который не препятствовал работе комбайна. В кровле пласта залегали сланцы различной крепости, случаев обрушения кровли при работе комбайна не наблюдалось.

Комбайн «Колмол» имеет дистанционное управление, осуществляемое со специального пульта с поверхности, на пульте смонтированы такие же кнопки и переключатели, как и на самом комбайне. Комбайн и пульт управления соединяются кабелями. Для открывания и закрывания гидравлических вентилей, управляющих движением комбайна, установлены соленоиды. На пульте управления установлены приборы, позволяющие оператору следить за нагрузкой двигателей.

Оператор у пульта управляет комбайном по указаниям, получаемым по телефону от рабочего, находящегося рядом с комбайном. Рабочий наблюдает за тем, чтобы комбайн не внедрялся в почву или кровлю и двигался прямолинейно, а также за нарезкой сбоек между камерами. Рабочий, находящийся у машины и отдающий распоряжения оператору, может лучше следить за работой комбайна, чем обычный машинист, внимание которого сосредоточено в основном на рукоятках управления.

Комбайн работает с конвейером типа «Мольвейер», который состоит из ряда коротких (4,5 м) ленточных конвейеров, установленных на колесах. Соединение конвейеров осуществлено таким образом, что каждый последующий конвейер точно следует по пути предыдущего, допуская изгиб става до 90°. Производительность конвейера 2,5 т/мин при скорости движения ленты 1,5 м/сек. Пуск конвейеров осуществляется в определенной последовательности при помощи специальной блокировки.

В разрезной траншее в месте, где комбайн должен внедряться в пласт угля, устанавливался предохранительный стальной навес размером 4,2х2,4х1,2 м. Затем комбайн производил засечку овальной камеры шириной 2,6—2,9 м; высота ее колебалась от 0,9 до 1,16 м, в зависимости от мощности пласта и состояния кровли. После засечки камеры комбайн производил выемку на глубину 23—24 м, подавался назад на 7,6 м и нарезал [69] сбойку на соседнюю, уже пройденную камеру. Сбойки проводились через каждые 15 м.

Крепление камер производилось стойками, которые устанавливались рабочими, наблюдавшими за работой конвейера. Максимальная длина камер составляла 106,6 м, расстояние между центрами их 3,6-3,9 м, размер межкамерных целиков - 0,9 м. Потери угля в целиках составляли около 30%. Скорость подвигания забоя достигала 0,4 м/мин. Забой проветривался при помощи вентилятора частичного проветривания; воздух подавался по ставу труб, уложенному в соседней камере, и по последней сбойке. Комбайн с дистанционным управлением был введен в эксплуатацию в январе 1953 г. В дальнейшем оборудование, система дистанционного управления и методы работы совершенствовались.

Как указывают американские специалисты, возможности новой установки реализованы не полностью, однако очевидны следующие ее преимущества:

    1) потери угля ниже, чем при подземной разработке на шахтах;
    2) отдельные изолированные участки угольного пласта могут быть полностью выработаны с поверхности, тогда как до применения этой установки их оставляли или частично вынимали шнеко-буровыми машинами;
    3) успешно могут быть выработаны участки пласта, которые нельзя отработать обычными способами из-за слабой кровли;
    4) выемка угля производится непрерывно, не считая интервалов на производство сбоек и засечки новой камеры.

Приведенные примеры работы установок с комбайнами «Карбайд» и «Колмол» показывают, что такой способ выемки является перспективным. Поэтому представляется целесообразным провести работы в этом направлении и у нас.

§3. Выемка пилообразными и струговыми агрегатами

Коллективом научных сотрудников кафедры разработки пластовых месторождений Днепропетровского горного института им. Артема была разработана технологическая схема механизированной выемки угля при разработке крутопадающих пластов без крепления очистного забоя и присутствия в нем людей.

Пласт угля разрабатывается панелями. Разрушение угольного массива осуществляется с помощью своеобразного механизма - пилы (конструкции ДГИ). Пила представляет собой канат диаметром 20—22 мм, на котором укреплены 20 кулачков с режущими зубками. Возвратно-поступательное движение каната обеспечивается лебедками, установленными на вентиляционном штреке. Разрушенный уголь магазинируется. Агрегат обслуживают два человека — машинист лебедки и его помощник. Управление забойным механизмом осуществляется дистанционно, из штрека. [70]

Первый опыт применения канатных пил ДГИ дал положительные результаты. На шахте № 1-2 «Красный Октябрь» треста Орджоникидзеуголь на пласте мощностью 0,7 м были отработаны две панели шириной 10-13 м, на шахте № 10 им. Артема - панель шириной 23 м.

Опытная проверка показала, что технологическая схема выемки с помощью канатных пил в благоприятных условиях очень эффективна. На участке, где производилась выемка угля канатной пилой производительность труда была в 4-5 раз выше, а себестоимость угля ниже, чем при выемке отбойными молотками.

В настоящее время производится конструктивное совершенствование выемочной машины. Новые приводные лебедки обеспечат увеличение скорости движения пилы в 3-4 раза, что позволит повысить общую эффективность выемки.

Указанный способ выемки дает возможность вести работы на весьма тонких пластах, которые сейчас не разрабатываются. Это особенно важно потому, что обеспечивается возможность выемки защитных пластов и повышается безопасность разработки пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа.

В Рурском бассейне на ряде шахт («Августа Виктория», № 1/2 «Дальхаузер» и др.) также производились промышленные испытания угольной пилы. Первоначально пила представляла собой плиту длиной 2,1 м, шириной 0,85 м и высотой 5 см, состоящую из семи шарнирных секций. На плите со стороны забоя было установлено 12 кулачков. В каждом кулачке имелось по два режущих зубка, один для резания при движении пилы по восстанию, другой - при движении по падению. За каждый цикл, состоящий из двух ходов (вверх и вниз), пила углубляла врубовую щель на 2-3 см, глубина резания могла регулироваться. Высота щели 7-9 см. Перемещение пилы осуществлялось при помощи каната и лебедок. Скорость движения пилы вдоль забоя составляла около 1 м/сек. Для отделения угля после подрезки пласта на корпусе пилы было предусмотрено отбойное устройство.

В ходе эксплуатации в конструкцию пилы были внесены некоторые изменения. Так, во избежание сильного износа тягового каната были введены специальные направляющие ролики, установленные на месте отбойного устройства. Отбойный орган был снят, так как пачка угля обрушалась сама. Для предотвращения «ухода» пилы в кровлю ее снабдили специальными лыжами.

Привод пилы осуществлялся от двух лебедок, установленных на вентиляционном штреке (рис.36). Пила прижималась к забою за счет натяжения канатов. Верхние шкивы для канатов монтировались на салазках, которые передвигались вслед за подвиганием забоя. Внизу канат пропускался через обводный шкив. [71]

Канатная пила применялась на пластах с углом падения более 35°. Забой располагался по падению или с небольшим опережением верхней части.

Указанная схема предусматривала крепление очистного забоя, которое производилось в подготовительную смену.

При разработке пластов с плавно прогибающейся кровлей эта схема может применяться и без крепления забоя. В условиях устойчивой кровли возможен также вариант работы без крепи, с оставлением барьерных целиков.

Но и при наличии крепи были получены хорошие результаты. Так, на пласте мощностью 0,75 м с углом падения 75° в лаве длиной 86 м добыча угля составила 73,9 т в сутки, в то время как аналогичная лава с выемкой угля отбойными молотками давала 32—34 т угля в сутки. Производительность труда рабочего в такой лаве составляла 5,06 т/выход, что на 32% превышало соответствующий показатель в молотковой лаве.

Примерно такая же угольная пила и по такой же схеме применялась на одной из шахт в Польской Народной Республике при разработке тонкого (0,3-0,6 м) крутопадающего (55°) пласта. В лаве длиной 70 м применялась деревянная крепь. Подвигание забоя при этой схеме достигало 1,2 м в смену при увеличении производительности труда рабочих почти на 100%.

Примерно по такому же технологическому принципу была организована работа и со струговой установкой «Таран» на шахте «Пайсенберг» Баварского горнометаллургического общества при разработке пласта мощностью 0,5 м.

В установке «Таран» используется кинетическая энергия, развиваемая большой массой при ее быстром движении. Она состоит из нескольких рам, закрепленных на бесконечной цепи, передвигающейся со скоростью 1,4—1,8 м/сек, и лебедок мощностью [72] около 30 л.с., установленных на верхнем и нижнем штреках. Каждая рама высотой 200 мм и шириной около 700 мм весит несколько сот килограммов. Интервалы между рамами примерно такие же, как и между скреперостругами. Рамы тарана оснащены одним или двумя резцами и движутся вдоль забоя скачкообразно, отбивая крупные куски угля.

Установка «Таран» применялась в лаве длиной 125 м при мощности пласта 0,6 м. За 2,5 часа работы забой подвигался на 0,7 м, добыча угля составляла 70 т, сменная производительность труда достигала 17 т/выход. За три года эксплуатации установки средняя производительность труда рабочего по лаве составила 10 т/выход, что в пять раз превышало производительность труда при применении обычных средств механизации. Работы производились с креплением очистного забоя.

Выемка угля без крепления очистного забоя, вероятно, также возможна лишь при плавно-прогибающейся кровле или при устойчивой кровле и оставлении промежуточных целиков.

В южном районе Рурского бассейна технологическая схема выемки без присутствия людей в забое была организована на крутопадающем пласте шахты «Альтер Хальвег» в 1953-1955 гг. Выемочным агрегатом служила специальная угольная пила. Примененная схема отличалась тем, что выработанное пространство заполнялось закладочным материалом, а очистной забой ограждался специальным передвижным сетчатым матом (рис.37). Испытания проводились на пласте мощностью 0,65 м с углом падения 58° и относительно слабыми боковыми породами. Длина забоя составляла 55 м. Сетчатый мат устанавливался от забоя на расстоянии 1,5-1,8 м и передвигался по мере выемки угля. Это обеспечивало свободное пространство для работы пилы и исключало необходимость возведения крепи. Отсутствие крепи и [75] наличие в непосредственной близости от груди забоя податливого закладочного массива вызывало интенсивный отжим угля, облегчавший выемку. Производительность труда рабочих в лаве с передвижным сетчатым матом и угольной пилой значительно возросла, расходы на добычу угля уменьшились.

Примером попытки создания технологической схемы выемки без крепления очистного забоя при разработке тонкого пологопадающего пласта с помощью скреперо-струговой установки могут служить опыты, проведенные в Англии на шахте «Дурхем». Пласт имел мощность 0,32 м. В результате опытных работ было доказано, что при помощи струго-скрепера ящичного типа возможно производить выемку и транспортировку угля до штрека без направляющих устройств. Вначале предполагали, что кровля будет плавно опускаться, однако эти предположения не оправдались и забой часто переваливало. По этой причине опыты были прекращены.

Исследования, проведенные в этом направлении лабораторией новой технологии ВУГИ, позволили разработать технологическую схему выемки для тонких пологопадающих пластов с помощью скреперо-струговой установки (рис.38). При этом наиболее реальным способом управления кровлей может быть плавное опускание (рис.38,а) или оставление промежуточных охранных целиков (рис.38,б). При относительно крепком угле может быть применено предварительное рыхление пласта с помощью взрывания длинными скважинами, параллельными груди забоя.

В настоящее время практически доказана возможность создания эффективной технологической схемы выемки угля с помощью пилообразных или струговых агрегатов. В дальнейшем необходимо совершенствовать выемочный агрегат, уточнять параметры схемы и область ее применения.

§4. Выемка угля агрегатом с клиновым рабочим органом

На основании исследований, проводившихся лабораторией разрушения углей и горных пород Института горного дела Академии наук СССР в 1952-1954 гг., а также данных, полученных при других исследованиях, было установлено, что наличие большой трещиноватости углей значительно облегчает разрушение их отрывом.

Исследования механических свойств углей в лабораторных и шахтных условиях показали, что различные марки углей, начиная от самых слабых коксовых углей и кончая очень вязкими и трудно разрушаемыми, имеют сопротивление отрыву в 30-50 раз меньше, чем сопротивление тех же углей сжатию, и в 15-18 раз меньше, чем сопротивление их сдвигу.

Для исследований ИГД АН СССР были сконструированы и испытаны в шахтных условиях приборы для отрыва угля от [75] массива, которые закладывались в шпуры, пробуренные перпендикулярно груди забоя. После установления возможности отделения угля от целика методом отрыва была сконструирована и изготовлена специальная гидравлическая установка, с помощью которой разрушение угля осуществлялось путем протягивания через шпур, пробуренный параллельно груди забоя, специального конуса. Установка могла развивать усилие до 25 т.

В 1956-1957 гг. с ее помощью были проведены исследования на шахте № 1 им. Челюскинцев в Донбассе и на шахте № 36 в Подмосковном бассейне. Клин (рис.39) протягивался по шпуру при помощи гидродомкрата, который передавал усилие на клин через стальные штанги. Шпуры располагались в шахматном порядке.

Было установлено, что на углях с коэффициентом крепости f=1,6-2,1 отрыв угля от массива происходит при глубине заложения шпуров до 0,6-0,7 м от груди забоя. Усилия для протягивания конуса сквозь шпур при этом не превышают 24 т, энергоемкость отрыва составляла всего 0,02—0,04 кВт-ч/м3, что значительно меньше, чем при других известных методах механического разрушения угля.

В 1955-1956 гг. в лаборатории новой технологии б. ВУГИ ст. научным сотрудником Д.Д. Воробьевым также проводились исследования по отрыву угля клиновым органом. Опыты дали положительные результаты.

Аналогичные исследования в лабораторных условиях по определению возможности практического применения клинового органа в качестве средства отделения угля от массива проводились и в Англии.

Скважины для протягивания рабочего органа вдоль очистного забоя могут располагаться различным образом: в один ряд или как показано на рис.40, а и б. Конус с обеих сторон подсоединен к канатам (рабочая и холостая ветви).

Опыты, проведенные в лабораторных и промышленных условиях позволяют сделать следующие выводы.

Способ выемки угля с помощью клинового органа, протягиваемого через скважины, пробуренные параллельно очистному забою, возможен для практического осуществления. Этот способ отличается большой простотой как самих технических средств, так и организацией работ и может быть использован для осуществления выемки угля без крепления забоя и присутствия в нем людей.

Областью применения его вначале могут быть пласты со слабыми и кливажистыми углями, так как при крепких углях [76] будут возникать значительные тяговые усилия даже при малом объеме отделения угля от массива.

Работы по созданию такой технологии выемки должны проводиться в порядке промышленных экспериментов с целью уточнения отдельных параметров, совершенствования оборудования и установления области и объема эффективного применения.
Назад   |   Вперед



Hosted by uCoz