Глава II Раздел А "Выемка в длинных забоях"

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

[11]

Глава II ТЕХНОЛОГИЯ ВЫЕМКИ УГЛЯ С КРЕПЛЕНИЕМ В ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ

Известно, что длинные очистные забои в Советском Союзе и за границей получили развитие после создания и совершенствования горных машин и механизмов (врубовых машин, конвейеров и т. п.). Когда на шахтах преобладал ручной труд по отбойке и доставке угля, основными являлись системы разработки со сравнительно короткими забоями. С внедрением врубовых машин и конвейеров, а затем комбайнов и стругов были созданы условия для увеличения длины очистного забоя до 200—300 м и более.

Основным направлением в конструировании выемочных машин и механизмов до последнего времени являлось создание их для длинных очистных забоев. В определенных условиях такие забои могут дать и дают довольно высокие технико-экономические показатели. Однако опыт работы шахт за рубежом (США и др.) показывает, что системы разработки с короткими забоями также обеспечивают достижение высоких показателей.

В связи с многообразием горногеологических условий угольных бассейнов и месторождений СССР можно полагать, что, наряду с системами разработки длинными очистными забоями, системы с короткими забоями также найдут область применения.

А. ВЫЕМКА В ДЛИННЫХ ЗАБОЯХ
§ 1. ФЛАНГОВАЯ ВЫЕМКА

Фланговая выемка представляет собой выемку в длинном очистном забое, при которой выемочная машина в процессе работы движется перпендикулярно направлению движения забоя.

Степень совершенства технологической схемы выемки количественно характеризуется, как известно, скоростью подвигания очистных и подготовительных работ, интенсивностью использования очистного фронта, т.е. в конечном счете нагрузкой очистного забоя. [12]

Нагрузка на очистной забой представляет собой величину, отражающую горногеологические условия (особенно мощность пласта), применяемую систему разработки (особенно длину очистного забоя) и совершенство механизации и организации производства.

Методы и приемы интенсификации работы очистных забоев при различных технологических схемах выемки также различны.

Задача повышения производительности труда, а следовательно, и интенсификации работы в длинных очистных забоях при фланговой выемке решалась и решается главным образом путем увеличения длины забоя или повышения скорости его подвигания.

Увеличение длины очистного забоя не всегда представляется возможным, так как это зависит от многих факторов, и в частности — от горно-геологических условий.

Анализ горно-геологических условий, например Донецкого бассейна, показывает, что при разработке нижних горизонтов на участках длиной 200 м по восстанию встречаются геологические нарушения. Это обстоятельство практически в большинстве случаев не позволяет иметь лавы длиной более 200 м. Поэтому основным фактором повышения нагрузки на лаву является увеличение скорости ее подвигания.

Скорость подвигания очистного забоя при существующих средствах механизации выемки (комбайны, врубовые машины) определяется величиной захвата выемочной машины и количеством вынимаемых полос (врубов) в единицу времени.

Увеличение глубины захвата более чем до 1,8—2,0 м влечет за собой ряд затруднений технического и организационного порядка, главными из которых являются затруднения с креплением и управлением кровлей. Увеличение числа выемочных циклов при существующей глубине захвата значительно усложняет организацию работ в лаве и вызывает увеличение числа занятых в лаве рабочих.

За последние годы у нас и за границей (особенно в ФРГ, Англии, Франции и Голландии) при разработке пологопадающих пластов находит применение новый способ фланговой выемки — узкозахватная выемка.

1. Узкозахватная выемка

Узкозахватная выемка, как известно, представляет собой выемку угля вдоль забоя полосами шириной 0,1—0,9 м (а при устойчивой кровле и мягких углях до 1,2 м), производимую при максимальном использовании отжима угля стругами и другими узкозахватными выемочными машинами, с креплением призабойного [13] пространства только верхняками или другими видами перекрытий, без установки стоек крепи между забоем и конвейером.

Из этого определения наглядно видны преимущества узкозахватной выемки перед широкозахватной: отсутствие стоек между конвейером и выемочной машиной упрощает и облегчает передвижку конвейера независимо от работы последней; рабочие в лаве располагаются по всему фронту забоя и выполняют работу, передвигаясь в направлении подвигания лавы, а не выемочной машины, как при широкозахватной выемке. Кроме того, при малой величине захвата облегчается создание высокопроизводительных выемочных машин небольших размеров с высокими скоростями подачи, так как работа их происходит в зоне интенсивного отжима угля, что унижает усилия, необходимые для разрушения угольного массива и усилия подачи.

Небольшая ширина призабойного пространства облегчает поддержание кровли бесстоечной крепью (шарнирными верхняками). При этом значительно легче решается вопрос создания конструкции изгибающегося конвейера или передвижки жесткого конвейера без разборки, а также создаются реальные предпосылки для создания механизированной крепи. Процесс крепления забоя при узком захвате не связан жестко с процессами выемки и навалки, что намного упрощает организацию работ в лаве. Процесс выемки угля сравнительно легко поддается автоматизации, а работающие машины и механизмы - увязке и блокировке между собой, что создает условия для вывода людей из очистного забоя.

Узкозахватная выемка может осуществляться стругами или узкозахватными комбайнами. Известное распространение получила также узкозахватная выемка врубовыми машинами или отбойными молотками.

а) Струговая выемка
Применение струговой выемки в СССР началось давно. В начале 20-х годов в Донбассе механиком Т.А. Гребенюком был сконструирован и в 1922 г. проверен на практике «самоотдирающий скрепер», который позднее применялся на ряде шахт Сталино-Макеевского района, в том числе продолжительное время на шахте «Ново-Бутовская».

В 30-х годах на одном из крутопадающих пластов Центрального района Донбасса был испытан статический струг, предложенный Макеевским научно-исследовательским институтом, но вследствие несовершенства конструкции он не был принят для внедрения.

С 1940 по 1950 г. в Донецком бассейне струговые установки в различное время работали в 28 лавах. В ФРГ за этот же период струги работали в 18 различных лавах. [14]

Основным типом стругов в Донбассе являлся статический струг УС-4, в ФРГ применялся статический струг аналогичного типа.

Как известно, статические струги не получили широкого применения. В Донбассе в лавах, где работали струги, перешли на машинно-взрывную или комбайновую выемку с глубиной захвата 1,5 м. На шахтах ФРГ пошли по пути замены статических стругов так называемыми быстроходными стругами.

Отказ от статических стругов объясняется рядом причин. Работа стругов в большинстве случаев организовывалась без учета основного принципа узкозахватной выемки — выемки угля в зоне активного отжима. В результате этого тяговые усилия на канате, необходимые для отделения угля от массива, доходили до 40—50 т, что вызывало определенные конструктивные и эксплуатационные трудности.

При узкозахватной выемке происходит более интенсивное опускание кровли, поскольку выемка угля производится хотя и узкой полосой, но сравнительно быстро, а площадь обнаженной кровли составляет в общем случае значительную величину.

Конструктивно статические струги предусматривали большую ширину незакрепленного призабойного пространства. Отсутствие специальной крепи, позволяющей производить выемку в таких условиях, явилось серьезным препятствием для организации надежной и эффективной работы стругов.

Струговая установка типа УС-4 (как и все статические струги), являясь в принципе простым агрегатом, конструктивно была выполнена громоздкой, металлоемкой и эксплуатационно неудобной. Особенно неудачной являлась приводная часть установки. Для тяговых лебедок требовались проходка ниш или расширение штрека. При наличии больших тяговых усилий и. канатов в качестве тягового органа размеры лебедок и направляющих блоков-шкивов были значительными. Все это ухудшало эксплуатационные качества установок.

Указанные и другие недостатки (неустойчивость стругов в вертикальной плоскости, отсутствие приспособляемости стругов к работе на пластах с изменяющейся мощностью и т.п.) и были причиной отказа от применения статических стругов. Единичные случаи применения таких стругов в настоящее время имеют место лишь на шахтах ФРГ.

Направление по созданию динамических стругов также нельзя признать перспективным в широком смысле. Можно полагать, что такие струги могут найти применение лишь в особых условиях — при выемке крепких и вязких углей, отсутствии отжима. Установка должна иметь хорошие конструктивные данные.

Дальнейшим совершенствованием в направлении струговой; выемки является так называемый быстроходный струг [15] «Вестфалия-Леббе» (рис. 2), созданный в ФРГ с учетом недостатков статических стругов.

Отличительная особенность этой установки — совмещение привода струга с приводом лавного конвейера. В качестве тягового органа вместо каната применена корабельная цепь, приводимая в движение тем же приводом, что и цепь конвейера.

В результате такого конструктивного решения отпала необходимость в лебедках и устройстве для них специальных ниш или расширения штрека, а также в блоках, значительно усложнявших эксплуатацию струговой установки. Величина захвата струга составляет всего 5—15 см, т. е. он работает в зоне наибольшего отжима угля и, следовательно, при наименьшем сопротивлении угля разрушению. В связи с небольшой величиной захвата, в целях сохранения необходимой производительности струговой установки, значительно увеличена скорость подачи струга (24 м/сек).

Усовершенствование струговой установки позволило получить сравнительно высокие технико-экономические показатели в лавах, оборудованных такими установками, а также увеличить общий объем добычи угля стругами. Струговая выемка в ФРГ в 1957 г. составила около 15% всей добычи. Производительность труда рабочего по лаве была выше, чем при других, способах механизации выемки, и в зависимости от горногеологических условий колебалась в пределах 5,7—13,0 т на выход. Такие же примерно показатели имеют лавы со стругами «Вестфалия-Леббе» в Голландии, Франции, Англии и США. В 1957 г. в ФРГ работало около 140 струговых лав. [16]

Струг «Вестфалия-Леббе» проходит промышленные испытания на шахте № 27 треста Снежнянантрацит в Донбассе. Установка работает хорошо, имеющиеся затруднения относятся к области крепления и управления кровлей. Струговая лава регулярно дает 200—250 т угля в сутки при односменном режиме. В качестве крепи применяются гидравлические стойки ГС-2м и посадочные стойки ОКУ.

На шахтах Кузбасса с 1950 г. проводятся испытания струговых установок конструкции Стажевских.

В 1950—1953 гг. были проведены испытания струга с канатным тяговым органом на шахтах «Абашевская-1» треста Куйбышевуголь и им. С.М.Кирова треста Ленинуголь. Максимальная сменная производительность лавы в отдельные месяцы составляла 210 т, суточная — 420 т, среднесуточная — 260 т. Производительность труда рабочего составляла 4,66 т на выход.

Кузнецким филиалом Гипроуглемаша совместно с анжерским заводом «Свет шахтера» в 1956 г. был изготовлен струг Стажевских более совершенной конструкции (рис. 3). Струг КС-2м, как и «Вестфалия-Леббе», является быстроходным. Основные части установки КС-2м: рабочий орган — челнок, привод челнока, конвейер, механизм передвижки установки по простиранию, четыре лебедки для передвижки посадочных стоек, гидросистема с пультом управления. Установка оборудована освещением, сигнализацией и телефонной связью.

Струг КС-2м предназначен для выемки угля при разработке пологопадающих пластов мощностью 1,1-2,1 м.

С 1956 г. струговая установка КС-2м проходила испытание на шахтах «Журинка-3» треста Ленинуголь и «Чертинская-1» треста Беловуголь. В процессе испытаний был выявлен ряд конструктивных и организационных недостатков. Но даже при наличии недостатков при работе струговой установки на шахте «Журинка-3» максимальная суточная добыча угля в IV квартале 1956 г. составляла 478 т, а среднесуточная — 156 т; максимальная производительность труда рабочего по лаве достигла 10,4 т на выход.

В настоящее время ведутся доводочные работы по установкам КС-2м.

С целью расширения области применения струговой выемки в ФРГ проводились работы по совершенствованию струговых установок в направлении приспособления их к выемке более крепких углей, а также для эксплуатации в лавах с горно-геологическими нарушениями.

Так был создан призматический струг, предназначенный для выемки крепких углей (рис.4). Этот струг состоит из двух лезвий, верхнего и нижнего, смещенных одно относительно другого. Нижнее лезвие, более узкое, производит предварительный вруб и облегчает работу верхнего широкого лезвия. Скорость [18] движения призматического струга — 0,27 м/сек. Среднесуточная добыча угля в струговой лаве в первый же период испытаний составляла около 600 т. Производительность труда рабочего по выемке достигала 11 т на выход. Максимальная добыча угля достигала 860 т в сутки при одной добычной смене.

Для работы в лавах, имеющих геологические нарушения (пережимы пласта, небольшие сдвиги и т. п.), появился так называемый короткий струг. В конструктивном отношении это обычный, без каких-либо изменений струг, но к нему была создана натяжная станция, устанавливаемая на секции конвейера в любом месте лавы и позволяющая в одной ее части - с нормальным залеганием пласта — производить выемку угля стругом, а в другой — нарушенной части — каким-либо иным способом (машинно-взрывным, взрывным), используя один и тот же конвейер. [19]

Голландская фирма «Густо» выпускает так называемые мультиструги (рис.5).

Этот струг небольших размеров передвигается по специальным направляющим конвейера, отделяет стружку угля толщиной до 5 см и грузит на конвейер. В лаве устанавливается несколько таких стругов (через каждые 15- 25 м). Пути перемещения двух смежных стругов по лаве перекрывают друг друга на 2 м. Скорость движения стругов 0,25—0,30 м/сек. Струги соединяются между собой отрезками канатов. Ширина призабойного пространства для таких стругов очень небольшая (68 см), что позволяет использовать их при слабой кровле.

Струги «Густо» обычно применяются при разработке пластов небольшой мощности в лавах сравнительно небольшой длины (до 170 м). Это объясняется тем, что при бóльшей мощности пласта конвейер не справится с выдачей вынимаемого угля; при длине лавы свыше 170 м затрудняется сохранение прямолинейности забоя. В Англии струговая выемка не получила широкого распространения вследствие значительной крепости разрабатываемых пластов угля. Во многих случаях струговая выемка здесь сопровождается предварительным рыхлением пласта путем подрубки его врубовой машиной. При этом струг является в большей степени средством навалки угля, чем выемки. В лаве производится вруб такой глубины, которая обеспечивает нормальную работу струга в течение смены; большая глубина вруба ухудшает состояние кровли и приводит к оседанию подрубленной части пласта.

В течение последних лет в Англии испытываются самоходный струг «Самсон» и струг активного действия «Хьювуд».

Струг «Самсон» имеет гидравлический механизм управления, встроенный в его корпус. Струг раскрепляется между почвой и кровлей при помощи гидравлических домкратов. Подача струга на забой осуществляется также гидравлическим способом. Ширина захвата составляет 0,4-0,5 м.

Струг «Хьювуд» имеет ножи, снабженные зубками, которые производят вертикальный вруб на глубину 25 см (рис.6). Тяговым органом струга является цепь. Скорость движения цепи 4,5 м/мин. [20]

Оба английских струга предназначены для выемки угля, который не поддается скалыванию обычными стругами без предварительного ослабления угольного массива. Испытания, однако, показали, что и эти струги не могут успешно работать без предварительной подрубки пласта.

Общее количество работающих струговых установок различного типа в западноевропейских странах приведено в табл. 1, а удельный вес добычи угля стругами (в процентах к общей добыче) - в табл. 2.

Таблица 1

Годы	ФРГ	Англия	Франция	Годы	ФРГ	Англия	Франция
1947	14		нет данных	1953	65	26	4
1948	15	1		1954	74	40	5
1949	15	3		1955	87	50	17
1950	22	6		1956	96	53	45
1951	34	14		1957	136	нет данных	65
1952	49	18

Таблица 2

Годы	ФРГ	Англия	Франция	Годы	ФРГ	Англия	Франция
1951	4,6	0,3	0,1	1955	13,0	2,0	2,8
1952	6,9	1,0	-	1956	15,0	-	6,1
1953	9,9	1,45	0,7	1957	15	1,7	7,5
1954	10,9	1,7	1,8

[21] Как показывает зарубежный опыт, наиболее эффективно работают быстроходные струги.

Необходимо отметить, что применение при струговой выемке консольной крепи позволяет производить безразборную передвижку тяжелых скребковых конвейеров, что значительно уменьшает трудоемкость этих работ. Однако при применении таких конвейеров, которые за последнее время получили широкое распространение на шахтах ФРГ, значительно возрастает трудоемкость работ по их доставке, монтажу и демонтажу. Так, при длине конвейера 200 м на эти работы затрачивается от 300 до 600 выходов, вследствие чего эффективность за счет уменьшения трудоемкости при передвижке значительно снижается.

При слабых кровлях, где требуется частичная установка стоек между конвейером и забоем, трудоемкость работ при струговой выемке остается на уровне трудоемкости при других способах механизации и сравнительно большие первоначальные капитальные затраты не оправдываются. Поэтому струговую выемку в настоящее время целесообразно применять в лавах с относительно устойчивыми кровлями.

б) Выемка узкозахватными комбайнами
Узкозахватная выемка при помощи стругов, как известно, обусловливается определенными горногеологическими условиями, вследствие чего область ее применения ограничена. В связи с этим объем применения струговой выемки, например в Англии, за последние годы остается примерно на одном уровне.

Расширение области применения узкозахватной выемки в Англии идет за счет применения узкозахватных комбайнов. Наибольшее распространение получили комбайны типа «Андертон» (рис.7). Рабочий орган комбайна выполнен в виде барабана с зубками. Комбайн работает с рамы конвейера, величина захвата 0,4-0,75 м. Комбайны «Андертон» применяются при разработке пологопадающих пластов мощностью до 2,4 м. В 1957 г. в Англии работало 215 таких комбайнов.

Узкозахватный комбайн «Андертон» применяется, в основном, в комплексе с тяжелыми скребковыми конвейерами и индивидуальной металлической крепью — шарнирными верхняками и стойками постоянного сопротивления.

Согласно данным по ряду английских шахт средняя добыча угля из лавы, оборудованной комбайном «Андертон», составляет около 280 т рядового угля в сутки, максимальная — 450 т в смену и 828 т угля в сутки. Месячная производительность комбайна колеблется в пределах от 3 до 10 тыс. т рядового угля. Производительность труда рабочего по лаве, в зависимости от условий работы, колеблется от 4,5 до 9,5 т рядового [22] угля на выход. В отдельных случаях она доходит до 10,8 т/выход.

Средняя производительность труда рабочих в комбайновых лавах в 1955 г. составляла 5,74 т на выход, что примерно вдвое больше, чем в лавах с машинной зарубкой, взрывной отбойкой и ручной навалкой. Применение комбайнов «Андертон» дает некоторое снижение себестоимости угля по сравнению с другими способами выемки, однако эти комбайны значительно измельчают уголь.

Кроме комбайнов «Андертон» в Англии получили распространение узкозахватные комбайны типа «Глостер-Геттер» и «Трепаннер». В 1957 г. на английских шахтах работало по несколько десятков комбайнов этих типов.

Комбайн «Глостер-Геттер» оборудован двумя горизонтальными и двумя вертикальными барами. В случае необходимости он может быть снабжен дополнительным горизонтальным баром, укрепленным на выдвижной гидравлической башне. Для навалки угля используется лемех. Величина захвата комбайна 0,75 м, мощность двигателей 62,5 л.с.

С 1953 г. в Англии применяется комбайн «Трепаннер» оригинальной конструкции (рис.8). Рабочим органом комбайна служит вал, несущий лопасти, армированные зубками. Диаметр [23] окружности, описываемой зубками, 0,69 м. Комбайн работает рядом с конвейером, двигаясь в лоб заходки.

При опытном применении комбайна «Трепаннер» в комплексе с механизированной крепью — кострами «Симен» — на шахте «В» производительность труда рабочего достигла 11,43 т/выход.

В ФРГ фирма «Эйкгофф» по английской лицензии стала выпускать комбайны типа «Андертон» с величиной захвата 0,5-0,8 м. В сентябре 1957 г. здесь работало 14 узкозахватных комбайнов «Эйкгофф».

В угольных шахтах СССР, в частности в Донецком бассейне, получили известное распространение комплексы оборудования с узкозахватными комбайнами ДУ-1.

Такой комплекс состоит из узкозахватного комбайна, забойного конвейера СКР-20 или СКР-11 и комплекта крепи: посадочных стоек ОКУ, забойных стоек СДТ и шарнирных верхняков М-45.

Комбайн ДУ-1 является видоизмененной конструкцией серийного комбайна «Донбасс-1». Величина захвата комбайна 1,0 м, максимальная скорость подачи 1,65 м/мин.

Для совмещения операций по выемке угля и передвижке конвейера в комплекс ДУ-1 должен входить изгибающийся скребковый конвейер, но вследствие задержки с выпуском этих конвейеров в 1956—1958 гг. комплексы работали с обычными конвейерами.

Комплекс ДУ-1 предназначается для разработки пологопадающих пластов мощностью 0,95-1,5 м. Уже первые результаты промышленных испытаний комплекса оказались [24] обнадеживающими. К началу 1958 г. только на шахтах Сталинской области работало 60 комбайнов ДУ-1, в том числе 20 машин в комплексе с шарнирными верхняками, металлическими забойными и посадочными стойками.

Кроме комплексов ДУ-1, в Советском Союзе разработан ряд узкозахватных комплексов, которые прошли или проходят промышленные испытания. К ним относятся комплексы оборудования, созданные на основе комбайнов типа К-52 (рис.9) с захватом 0,5-0,7 м, КУ-1 с захватом 1,0 м, УДК с захватом 1,0 м.

Комплексы оборудования на основе выемочных комбайнов типа К-52 предназначены для разработки пологопадающих пластов мощностью 1,0-1,6 м с крепкими и вязкими углями.

В комплекс входит комбайн К-52 или К-52Д, изгибающийся скребковый конвейер КС-1 и комплект крепи (стойки М-4, шарнирные верхняки М-45 и посадочная крепь). Комбайн работает по односторонней схеме с рамы конвейера. Исполнительным органом его является барабан, оснащенный зубками. Мощность электродвигателя 65 квт. В комбайне К-52Д имеется устройство для разрушения верхней пачки угля. Погрузка угля на конвейер производится лемехом. Крепление производится вслед за комбайном.

Комбайн К-52 прошел промышленные испытания на шахте «Южная» в лаве, разрабатывавшей пласт Александровский. Уголь пласта отличается повышенной прочностью и вязкостью, мощность пласта 1,0-1,2 м, угол падения — 6-8°. Комбайн [25] К-52Д проходил испытания на шахте № 7 в лаве на пласте Несветаевский мощностью 1,5-1,6 м, с углом падения 10-11°.

Комбайном К-52 за период испытаний было добыто около 9,5 тыс. т угля. Максимальная суточная добыча составляла 180 т. Производительность труда рабочего по лаве была равна 5-5,5 т/выход. За время испытаний комбайна К-52Д было добыто около 15 тыс. т угля. Максимальная добыча угля за сутки составляла 360 т, а наибольшая производительность труда рабочего по лаве - 9,72 т/выход. В результате испытаний были выявлены некоторые конструктивные недостатки комбайна, а также несовершенство и несоответствие конвейера КС-1 для совместной работы с этими комбайнами. Но, учитывая положительные, в принципе, результаты работы экспериментальных образцов комбайнов, было решено устранить выявленные в процессе испытаний недостатки и выпустить опытную партию таких машин. В соответствии с этим был разработан комбайн К-52м с величиной захвата: 0,5; 0,625 и 0,75 м.

Комбайн К-52м работает по односторонней схеме с рамы конвейера; в нем, в отличие от машин К-52, предусмотрена возможность изменять величину захвата за счет использования дополнительных колец на барабане, обеспечена плавная регулировка положения верхнего барабана в зависимости от мощности пласта, применена гидравлическая подающая часть, которая дает возможность регулировать скорость подачи в диапазоне 0-3 м/мин и предохраняет элементы машины от поломок при перегрузках. По расчетным данным в лазе длиной 100 м комплекс с комбайном К-52м может дать 400-600 т угля в сутки при производительности труда рабочего по лаве 9-13 т/выход. В 1958 г. изготовлена опытная партия комбайнов К-52м.

Узкозахватный комплекс оборудования на основе комбайна типа КУ предназначен для разработки пологопадающих пластов мощностью 0,85-1,2 м с углями различной крепости и вязкости.

Комплекс состоит из комбайна КУ-1 (рис. 10), изгибающегося [26] конвейера КС-9 и комплекта крепи (стойки СДТ, М-53 или М-67к, шарнирные верхняки М-45 и посадочные стойки ОКУ).

Комбайн работает по челноковой схеме. Одновременно с выемкой угля комбайн производит передвижку конвейера к забою. Отбойку и навалку угля на конвейер осуществляет диагонально расположенная многорезцовая штанга. Обрушение верхней пачки угля производится двумя вертикальными барабанами.

Комбайн КУ-1 прошел промышленные испытания на шахте «Анненская» треста Кадиевуголь в лаве по пласту Толстый, мощностью 1,4 м с прослойками глины. За период испытаний комбайном было вынуто 20 полос при длине лавы 100 м и добыто 5000 т угля. Максимальная сменная добыча угля составляла 100 т, суточная — 190 т, производительность труда рабочего по лаве — 8,4 т/выход. В настоящее время проводятся работы по совершенствованию этого комплекса.

Комплекс оборудования на основе комбайна УДК-1 предназначен для разработки пологопадающих пластов мощностью 0,85-1,3 м. Комплекс состоит из комбайна УДК (рис.11), изгибающегося скребкового конвейера КС-9 и комплекта крепи (стойки, шарнирные верхняки и посадочные крепи). Комбайн работает по челноковой схеме и имеет два дисковых исполнительных органа; подача машины осуществляется с регулируемой скоростью по растянутой вдоль лавы цепи. Положение исполнительных органов может регулироваться по высоте в зависимости от мощности пласта.

Испытания показали, что конструктивная схема комбайна [27] является приемлемой, однако конструкция ряда узлов недоработана, что и приводило к частым поломкам отдельных деталей машины и длительным простоям.

Кроме струговой и комбайновой узкозахватной выемки в зарубежной практике получили широкое распространение узкозахватная выемка с машинной подрубкой и последующим применением ВВ или отбойных молотков, выемка отбойными молотками и т. п. Отличительными особенностями этих схем выемки являются бесстоечное призабойное пространство и безразборная передвижка скребкового конвейера, устанавливаемого у груди забоя.

Довольно высокие показатели (по сравнению с широкозахватной выемкой) по производительности труда в таких лавах достигаются главным образом за счет самонавалки угля, уменьшения трудоемкости работ по передвижке конвейера и более простой организации труда в лаве.

Выемка с безразборной передвижкой конвейера в западноевропейских странах получила широкое распространение. Таким способом в ФРГ в 1956 г. добывалось 39%, а в 1955 г. во Франции — 47% всего угля на пластах пологого падения. По литературным данным в таких лавах на шахтах ФРГ производительность труда навалоотбойщиков, за счет частичной самонавалки угля на конвейер, повышается в среднем на 13%.

На шахтах Донбасса проводятся промышленные испытания узкозахватной машинно-взрывной выемки. Такую технологическую схему со специальным оборудованием намечается испытать в шести шахтах с различными горногеологическими условиями.

На основании краткого обзора узкозахватной выемки можно сделать следующие предварительные выводы.

Узкозахватная выемка обеспечивает большую нагрузку на лаву и высокую производительность труда.

Но эффективность применения узкозахватной выемки, кроме соответствующих горно-геологических условий, зависит от эффективности средств доставки и крепления призабойного пространства.

На шахтах ФРГ для доставки угля при струговой выемке приспособлен конвейер фирмы «Вестфалия», производительность которого, равная 200-300 т/час, вполне обеспечивает работу струга. Конвейер передвигается в неразобранном виде одновременно по всей длине лавы при помощи пневматических домкратов. Применяется также и гибкий конвейер, который перемещается к забою вслед за подвиганием струга или комбайна.

Для крепления очистного забоя при узкозахватной выемке в ФРГ широко применяются металлические стойки с шарнирными верхняками, в Англии — стойки «Даути» со скользящими верхняками.

Паспорт крепления, как известно, в значительной степени обусловливает удобство работы и размещение оборудования, [28] а также интенсивность отжима угля. Увеличение ширины призабойного пространства способствует развитию отжима; в свою очередь величина отжима, а следовательно, и эффективность струговой выемки зависят также от типа крепи. При повышении жесткости крепи отжим проявляется слабее, чем при применении крепи с меньшей жесткостью. Это подтверждается опытными работами со струговой установкой Стажевских в Кузбассе на шахте «Чертинская-1». Здесь после перехода в лаве с деревянной крепи на металлическую отжим угля значительно снизился, что привело к ухудшению отделения полосы угля от массива.

За рубежом широко применяются паспорта крепления без наличия специальных крепей. Применение так называемой безорганной посадки кровли позволяет значительно сократить трудоемкость работ. Безорганная посадка осуществляется при применении металлической призабойной крепи.

Применение безорганной посадки в Донбассе известно лишь в порядке промышленного эксперимента. Представляется целесообразной постановка широких опытов по безорганной посадке лав, для начала в условиях отсутствия вторичных осадок основной кровли.

Узкозахватная выемка имеет значительную область применения и практически не ограничивается ни мощностью, ни углом падения пластов. Исследования, проведенные ВУГИ, показывают, что узкозахватная выемка может быть применена в 30— 40% действующих лав на пластах пологого падения в Донбассе,

Струговая выемка на пластах с углями повышенной крепости может осуществляться при условии применения предварительного ослабления угольного массива с помощью взрывных работ, предварительной подрубки врубовой машиной или другими способами.

Основными факторами, ограничивающими применение узкозахватной выемки стругами и комбайнами, являются: наличие мощных породных прослойков, требующих раздельной выемки; наличие ложной кровли, обрушающейся вслед за выемкой угля; наличие слабой и склонной к пучению почвы.

Машинно-взрывную или другую «полумеханизированную» выемку следует рассматривать как промежуточную ступень в развитии механизации выемки. Областью применения такой выемки являются пласты с весьма крепкими и вязкими углями, плохо отделяющимися от кровли; пласты с прослойками крепкой породы или наличием крепких включений и т. д.

2. Широкозахватная выемка

Основным способом выемки угля при разработке пластов тонких и средней мощности у нас является широкозахватная выемка с помощью врубовых машин или комбайнов; ширина захвата обычно составляет 1,5-2,0 м. [29]

Широкозахватная выемка получила распространение и применяется при любых горно-геологических условиях. Но такое положение нельзя считать удовлетворительным, так как в определенных условиях более эффективным может быть узкозахватный или иной способ выемки.

Определение диапазона применения того или иного способа выемки требует широких экспериментальных исследований в условиях различных бассейнов; в настоящее время установить такой диапазон не представляется возможным вследствие недостаточного отечественного опыта узкозахватной выемки и недостаточно полного изучения (в основном по литературным данным) зарубежного опыта.

В отечественной и зарубежной практике имеется достаточно примеров эффективной работы с широкозахватной выемкой.

В Донбассе на шахте им. Киселева в лаве длиной 240 м, разрабатывавшей пласт мощностью 0,95 м с углом падения 11°, при полезной глубине вруба 1,8 м, месячная производительность комбайна «Донбасс-1» достигла в январе 1956 г. 15559 т, в феврале—17744 т, в марте — 20035 т. Производительность труда рабочего по лаве колебалась в пределах 7,7-9,9 т на выход.

В Караганде на шахте № 37 были поставлены мировые рекорды добычи угля при помощи комбайна «Донбасс-1». На этой шахте месячная производительность комбайна в марте 1957 г. превысила 31 000 т, а в августе того же года составляла более 33 500 т.

В Карагандинском же бассейне был успешно применен комбайн «Донбасс-6» при слоевой системе разработки пласта Феликс с углом падения 8—10° и мощностью слоев 1,8-1,87 м. В лаве длиной 180 м добыча угля доходила до 850 т в сутки. Месячная производительность труда по шахте достигла 74 т.

В Канаде на шахте № 12 «Нью-Уотерфорд» в лаве длиной 150 м применялся комбайн «Доско» с величиной захвата 1,46 м. Комбайн работал в комплексе с изгибающимся конвейером «Питон». Среднесуточная добыча угля в лаве составляла 580 т. Производительность труда рабочего по забою была в среднем 49,3 т/выход.

В Англии на шахте «Родон» при помощи комбайна «Доско» на пласте с очень крепким углем ежесуточно вынимали две полосы угля, что обеспечивало подвигание забоя на 3 ж в сутки и среднесуточную добычу угля до 960 т. Производительность труда рабочего по лаве достигала 12,7 т/выход.

Наряду с обычной глубиной захвата 1,5-2,0 м имеются отдельные примеры работы с глубиной захвата, увеличенной до 3-4 м. Это, как известно, усложняет процессы крепления и управления кровлей, однако увеличение глубины вруба (при работе с врубовой машиной) позволяет вызвать повышенный отжим угля, что облегчает отделение его от массива. [30]

Применение увеличенной (до 3-4 м) глубины вруба в Печорском угольном бассейне в лавах на пластах наклонного падения позволило повысить производительность труда рабочих на 80%, что связано главным образом с увеличением эффективности отжима угля.

Предполагается, что путем изменения глубины вруба можно искусственно регулировать степень отжима угля. Первые положительные результаты применения увеличенной глубины вруба показывают целесообразность дальнейших исследований в этом направлении.

В Англии за последнее время с успехом применяется широкозахватный комбайн «Меко-Мур», предназначенный для выемки угля при разработке пластов мощностью свыше 0,9 м, с углом падения до 10° при устойчивой кровле. Как показывает опыт, выемка комбайнами «Меко-Мур» в благоприятных горногеологических условиях обеспечивает достижение высоких технико-экономических показателей.

В табл. 3 приведены данные о средней и максимальной нагрузке на лаву, оборудованную различными типами современных комбайнов.

Таблица 3

Тип комбайна	Средняя нагрузка за смену по всем лавам, т	Максимальная среднегодовая нагрузка на одну лаву
Тип комбайна	Средняя нагрузка за смену по всем лавам, т	длина лавы, м	нагрузка за смену, т
Меко-Мур	296	185	682
Андертон	190	242	366
Глостер-Геттер	121	141	174

Приведенные краткие сведения о широкозахватной выемке подтверждают положение о том, что в определенных условиях она дает высокие технико-экономические показатели. Таким образом, в каждом отдельном случае вопрос о целесообразности применения узко- или широкозахватной выемки следует решать исходя из возможного экономического эффекта в конкретных условиях; противопоставление одной из них другой является неправильным.

§ 2. ФРОНТАЛЬНАЯ ВЫЕМКА

Одним из наиболее значительных эксплуатационных недостатков выемки угля в длинных очистных забоях при помощи обычных машин флангового типа является холостой ход их па лаве и связанное с этим прекращение добычи угля. Кроме того, в каждый данный момент выемочная машина производит [31] работу лишь в одной точке забоя, вся же остальная его часть простаивает.

Интенсивность работы очистного забоя при фронтальной выемке значительно повышается, так как в этом случае выемка угля производится одновременно по всей длине очистного забоя.

В направлении создания агрегатов для фронтальной выемки проделаны большие работы. Еще в годы четвертой пятилетки был создан и испытан в промышленных условиях забойный агрегат ЗАЛ-3 конструкции Г.А. Ломова. Агрегат ЗАЛ-3 предназначен для зарубки, навалки и доставки угля, отбойка которого предусмотрена буровзрывным способом. Этот агрегат спроектирован и изготовлен на базе мощной врубовой машины МВ-60. Основной частью его является секционный бар, длина которого равна длине лавы. Доставочный конвейер агрегата встроен в бар и образует с ним одно целое. Подача агрегата на забой осуществляется при помощи лебедок, располагаемых на штреках.

Испытания агрегата проводились в 1949—1950 гг. на шахте № 4 треста Скуратовуголь (Мосбасс) в двух лавах, разрабатывавших пласт мощностью 3,86 м. За семь месяцев работы агрегата в одной из лав длиной 22 м было отработано 170 пог. м столба и добыто 11 233 т угля.

Большие конструктивные и эксплуатационные недостатки агрегата (неустойчивость и неуправляемость во время работы, низкая производительность, большая сложность и трудоемкость крепления призабойного пространства и др.) не позволили вести дальнейшие его испытания.

В течение ряда лет, начиная с января 1951 г., во Франции на угольных шахтах бассейна Нор и Па-де-Кале испытывался забойный агрегат «Валантэн». Рабочим органом этого агрегата (рис. 12) является режущая цепь, движущаяся по раме скребкового конвейера вдоль груди забоя и прорезающая врубовую щель высотой 160 мм. Возвратная ветвь цепи проходит вдоль [32] конвейера со стороны завала и заключена в коробчатый кожух. Режущая цепь движется в направлении, противоположном направлению движения скребковой цепи конвейера, благодаря чему исключается заштыбовка конвейера. Для механизации нарезки ниш агрегат снабжен специальным устройством. Режущая цепь агрегата составляется из секций длиной 12 м и имеет 6 линий резания. Агрегат снабжен двумя электродвигателями. Секции конвейера имеют длину 1,5 м и соединяются между собой при помощи гдвух канатов, протягиваемых вдоль става и проходящих через отверстия в торцах секций. Канаты натягиваются специальным винтовым устройством. Такое соединение позволяет конвейеру изгибаться в вертикальной плоскости до 5°. Агрегат подается на забой при помощи гидравлических домкратов, располагаемых примерно через 8 м один от другого.

Во время испытаний агрегата в лаве длиной 40 м при мощности пласта 1,0 м были достигнуты сравнительно высокие показатели. Среднесуточное подвигание лавы составило 6 м, добыча угля — около 300 т в сутки.

Промышленные эксперименты с агрегатом «Валантэн» продолжались до последнего времени, в 1956 г. во Франции работали два таких агрегата.

В 1954 г. в Руре на шахте «Кенингсборн» № 2/5 был применен фронтальный агрегат «Ромберг» (рис.13), осуществляющий выемку и доставку угля в лаве пласта мощностью 0,6 м при угле падения 10—20°. Уголь пласта весьма крепкий. Управление кровлей осуществляется обрушением. Агрегат состоит из привода, натяжной головки и двух цепей со скребками. Для зарубки пласта служат зубки, которые прикрепляются к звеньям цепей на расстоянии 1-3 м один от другого. Зарубка осуществляется у почвы и кровли пласта. Производительность агрегата находится в зависимости от скорости движения цепи и числа установленных зубков. Привод и натяжная головка смонтированы.на салазках, что облегчает перемещение агрегата к забою, производимое без изменения натяжения цепей специальным натяжным устройством.

Расстояние между цепями 0,4 м. Нижняя ветвь цепи движется по почве без направляющих и транспортирует отбитый [34] уголь. Верхняя ветвь цепи поддерживается при помощи труб (диаметром 45 мм), один конец которых вставляется в специально пробуренные скважины длиной 1,5 м, а другой — прикрепляется к стойкам крепи. Приводом агрегата служит обычный привод двухцепного скребкового конвейера. Двигатель и редуктор размещаются на раме со стороны выработанного пространства.

Лава, в которой производились испытания, имела длину 70- 80 м. Общая ширина агрегата, включая зубки, составляла всего 0,5 м, поэтому расстояние от забоя до ближайшего ряда стоек не превышало 0,55 м. При скорости движения цепи 0,3 м/сек производительность агрегата составляла в среднем 15 т/час.

Одним из достоинств агрегата является то, что после снятия зубков он может быть использован как обычный забойный конвейер.

В 1952—1953 гг. в Германской Демократической Республике проводились промышленные эксперименты с фронтальным шнековым врубово-погрузочным агрегатом (рис. 14). Этот агрегат производил зарубку пласта и доставку угля, отбойка угля производилась вручную. Агрегат состоял из двух секций и имел длину 7 м. Диаметр шнека без зубков 500 мм, с зубками - 570 мм. По всей длине лопастей шнека расположено 130 зубков. Общий вес агрегата 2,7 т, опорное давление на почву 0,7 кг/см².

Для безопасности работы в забое применялось консольное перекрытие из верхняков, под защитой которого работали забойщики, подвигаясь вслед за шнеком. Подача шнека на забой осуществлялась со скоростью 3 см/мин при помощи лебедки, расположенной в штреке и управляемой дистанционно из забоя.

При мощности пласта 2,3 м за час выдавалось 30 т угля, средняя добыча за смену составляла 150 т. Производительность труда рабочего по забою с применением шнекового агрегата выросла с 7,2 до 17,8 т/выход, подвигание забоя достигло 4,05 м в смену.

Из рассмотрения приведенных примеров можно сделать вывод, что фронтальная выемка агрегатами типа ЗАЛ, «Валантэн», «Ромберг» и фронтального шнека еще не вышла из стадии экспериментальных исследований, но предварительные результаты позволяют признать целесообразными дальнейшие исследования в этом направлении.

§ 3. АГРЕГАТНАЯ ВЫЕМКА

Агрегатная выемка является наиболее совершённой технологической схемой.

В 1949—1951 г. в Кузбассе на пластах пологого падения мощностью 0,95-1,1 м были проведены шахтные испытания двух образцов агрегатов «Кузбасс-I» и «Кузбасс-II». Агрегат «Кузбасс-II» включал в себя струг КС-2, цельнопередвижной [34] скребковый конвейер и гидравлическую крепь. Длительные испытания в производственных условиях позволили впервые в горной практике доказать работоспособность гидравлической агрегатной крепи поддерживающего типа.

В настоящее время изготовлен опытный образец агрегата А-2 (рис.15), разработанного с учетом ранее накопленного опыта.

Базой этого агрегата является жесткий забойный конвейер. Крепь состоит из одностоечных забойных секций с упругими верхняками, соединенными с конвейером. Крепь передвигается при помощи гидравлических домкратов при остаточном подпоре, сразу по всему фронту забоя вместе с конвейером, шаг передвижки равен глубине вынимаемой стружки.

Посадочные секции состоят из двух опорных гидростоек и упругого перекрытия; передвижка их к забою производится через каждые 0,8 м подвигания лавы в два приема (прежде четных, а затем — нечетных). Управление агрегатом осуществляется с пульта управления из штрека, управление секциями посадочной крепи возможно также и непосредственно в лаве.

Рабочая нагрузка на забойную гидростойку принята до 20 т, на посадочную стойку - 100 т. Скорость передвижения забойной секции — 0,1 м/мин, посадочных — 3,2 м/мин.

Агрегат А-2 предназначен для выемки угля при разработке пологопадающих пластов мощностью 0,8-1,8 м. Выемочным органом агрегата является струг с полуавтоматической регулировкой по мощности пласта. Струг передвигается по раме, конвейера со скоростью 43,8 м/мин, с рабочим ходом вверх по лаве и зачисткой угля при движении в обратном направлении. [36]

Глубина стружки за один проход струга составляет 50-100 мм. Агрегат рассчитан на суточную добычу до 800 т угля при работе по пласту мощностью 1,3 м и двухсменном добычном режиме; расчетная производительность труда рабочего по лаве 20-30 т/выход.

Для работы на пластах с крепкими и вязкими углями агрегат А-2 предполагается оборудовать специальной многокомбайновой установкой с захватом 0,2 м; рабочие органы такой установки представляют собой биконические барабаны с наклонной осью, оснащенные зубками.

Опытный образец агрегата на лаву длиной 25 м проходит шахтные испытания на шахте «Ново-Моспино» (Донбасс).

Для выемки угля при разработке пологопадающих пластов средней мощности (1,5-3,0 м) с кровлей малой и средней устойчивости изготовлен опытный образец агрегата А-3 (рис.16).

Основными элементами агрегата являются механизированная крепь оградительно-поддерживающего типа с гидроаппаратурой и специальный кольцевой выемочно-доставочный орган. Наиболее эффективной работа агрегата может быть при фронтaльнoй обработке очистного забоя.

Рабочий орган агрегата А-3 представляет собой фронтальную выемочную машину в виде кольцевого многорезцового струга; выемка угля производится одновременно по всей длине лавы на полную мощность пласта с непрерывной или периодической подачей на забой. Управление кровлей осуществляется способом полного обрушения. Агрегат передвигается при работающем исполнительном органе на глубину снимаемой стружки до 80 мм. [36]

Выемка угля агрегатом может осуществляться без присутствия людей в очистном забое, рабочие требуются лишь для ремонта и профилактических работ. Управление агрегатом осуществляется из штрека.

Добыча угля из лавы длиной 50 м при работе по пласту мощностью 2,0 м составит по расчетам 1200 т в сутки при двухсменном рабочем режиме. Производительность труда рабочего при этом достигнет 33 т/выход. Опытный образец агрегата на лаву длиной 17 м испытывается на одной из шахт комбината Тулауголь.

Назад | Вперед