книги / Техника для выемки тонких пластов

Хорин В. Н. Техника для выемки тонких пластов. М., Недра, 1984, 216 с. Рассмотрены горно-геологические условия очистных забоев на тонких (мощ­

ностью менее 1,2 м) пластах. Приведены конструкции серийного и вновь соз­ даваемого оборудования, включая узкозахватные комбайны и струговые уста­ новки, передвижные забойные конвейеры, индивидуальную и механизированную крепи, средства пылеподавления.

Отдельно рассмотрен вопрос основ взаимодействия механизированных кре­ пей с породами кровли и почвы. Приведены основные направления дальней­ шего развития технологии и техники выемки тонких пологих пластов.

Для инженерно-технических работников угольной промышленности. Табл. 31, ил. 100.

Р е ц е н з е н т — проф., д-р техн. наук А . Д. И г н а т ь е в (ИГД им. А. А. Ско-

чинского)

ВВЕДЕНИЕ

Тонкие пологие и наклонные пласты угля из-за ограниченного по высоте рабочего пространства относятся к категории пластов со сложными горно-геологическими условиями. Вместе с тем свы­ ше 85 % достоверных запасов угля, разведанных на глубине до 1200 м в Донецком бассейне, содержатся в пластах мощностью менее 1,2 м. Объем добычи угля из этих пластов в настоящее вре­ мя составляет всего 53 %, т. е. сложилась определенная диспро­ порция между объемом добычи угля из тонких пологих пластов и имеющимися запасами угля. Эта диспропорция является преж­ де всего результатом сложившегося отставания в развитии техни­

ки для выемки угля из тонких пологих и наклонных пластов. Если в условиях пластов мощностью свыше 1,2 м уровень ком­

то в условиях тонких пологих и наклонных пластов уровень ком­ плексной механизации составляет 54 %, при этом нагрузка на очи­ стной забой равна всего 285 т/сут, в том числе на комплексно­ механизированный забой — 440 т/сут.

В очистных забоях, работающих в условиях тонких пологих и наклонных пластов, основное число забоев оснащено узкозахват­ ными комбайнами и индивидуальной крепью. Удельный вес таких забоев по состоянию на 1/1 1983 г. составляет 29,7 % общего чис­

ла действующих забоев в условиях тонких пологих и наклонных пластов. Кроме того, 6,9 % общего числа, действующих забоев ос­ нащено струговыми или скрепероструговыми установками, рабо­ тающими в сочетании с индивидуальной металлической или дере­ вянной крепью. Таким образом, доля числа забоев с узкозахват­ ной выемкой, оснащенных индивидуальной крепью, составляет 36,6 %.

Значительное количество забоев оснащено морально устарев­

шими широкозахватными комбайнами (22,5%), врубовыми маши­ нами (4,8 %) и прочими средствами выемки.

На долю комплексно-механизированных забоев, работающих с узкозахватной выемочной техникой и механизированными кре­ пями, приходится 36,1 % общего числа забоев. Однако следует иметь в виду, что по состоянию на 1/1 1983 г. примерно в 40 %

комплексно-механизированных забоев из-за отсутствия требуемых средств комплексной механизации, предназначенных для работы

в условиях тонких пластов, выемка угля ведется с присечкой бо­ ковых пород. При этом добывается примерно 3 млн. т породы.

При выемке угля с присечкой боковых пород повышается золь­ ность добываемого рядового угля, нерационально используется подземный транспорт, ухудшаются условия труда шахтеров из-за возникновения в процессе разрушения боковых пород более вред­

ной породной пыли, уменьшается надежность и долговечность очистных комбайнов из-за повышенных нагрузок на их исполни­ тельные органы.

Этими обстоятельствами в полной мере объясняется важность решения крупной народнохозяйственной проблемы — создания тех­ ники для комплексной механизации выемки тонких пологих и на­ клонных пластов, в частности, в диапазоне 0,7—0,9 м, где физи­ ческий труд шахтеров особенно тяжел.

Во исполнение решений Постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР о техническом перевооружении угольной про­ мышленности, за последние годы коллективами конструкторов Гипроуглемаша и Донгипроуглемаша в содружестве с коллекти­ вами научно-исследовательских угольных институтов ИГД им. А. А. Скочинского, ДонУГИ, ШахтНИУИ, Автоматгормаша и МакНИИ, технологических институтов ВНИИПТуглемаш и ДонПКТИ и заводов угольного машиностроения: Горловского им. С. М. Кирова, Дружковского им. 50-летия Советской Украи­ ны, харьковского «Свет шахтера», Краснолучского, Каменского и других ведется большая работа по созданию средств комплекс­ ной механизации процессов выемки угля в очистных забоях, рас­ положенных в сложных условиях тонких пологих и наклонных пластов.

Прежде всего это очистные комплексы 1 КМ 103, КМ97М и 1КМ88, разработанные в Гипроуглемаше, комплекс КД80, разра­ ботанный в Донгипроуглемаше, струговые установки С075, СН75 и УСТ2М, созданные в ШахтНИУИ, очистной комбайн К101У кон­ струкции Горловского машиностроительного завода им. С. М. Ки­ рова, насосные станции СНТ20 и СНТ32 конструкции Донгипроуг­ лемаша, СНУ9 конструкции Гипроуглемаша и др.

Целью данной книги является ознакомление инженерно-техни­ ческих работников и рабочих угольных шахт, студентов горных высших учебных заведений и техникумов, сотрудников научно-ис­ следовательских и проектно-консТрукторских институтов и заводов угольного машиностроения с особенностями конструкции создан­ ной техники для выемки угля из тонких пологих и наклонных пластов. При этом автор считал необходимым рассмотреть основ­ ные конструктивные элементы выемочных машин: очистных ком­ байнов и струговых установок, забойных передвижных скребко­ вых конвейеров, механизированных крепей и основных элементов их гидропривода, средств борьбы с пылью в очистных забоях.

Автор также изложил свою точку зрения по вопросу взаимо­ действия механизированных крепей с породами кровли с учетом конструктивных особенностей механизированных крепей и горно­ технических условий очистной выемки.

В заключение показана ближайшая перспектива и основные тенденции дальнейшего развития средств комплексной механиза­ ции и автоматизации процессов выемки угля в очистных забоях,, работающих в условиях тонких пологих и наклонных пластов.

Породы почвы по сопротивлению вдавливанию подразделяют­ ся на:

слабые с сопротивлением вдавливанию 1,5 МПа и менее; средней крепости с сопротивлением вдавливанию 1,5—

2,5 МПа; прочные — с сопротивлением вдавливанию свыше 2,5 МПа.

По сопротивляемости резанию угольные пласты следует раз­ делять на три группы:

до 180 кН/м — слабые и хрупкие, легко разрушаемые очист­ ными комбайнами и струговыми установками;

свыше 180, до 240 кН/м — средней крепости, хрупкие и вяз­ кие, хорошо разрушаемые очистными комбайнами и удовлетвори­ тельно струговыми установками при наличии отжима угля;

свыше 240 кН/м — весьма крепкие, вязкие, удовлетворитель­ но разрушаемые очистными комбайнами повышенной энергово­ оруженности и неразрушаемые известными конструкциями стру­ говых установок.

1.2. Классификация пород кровли по обрушаемости

Для характеристики пород кровли (рис. 1.1) по классифика­ ции б. ВУГИ — ВНИМИ породы кровли подразделяются на че­

тыре класса:

I класс — породы непосредствен­ ной и основной кровли представле­ ны значительной толщей слоистых легкообрушающихся пород. При этом породы непосредственной кров­ ли обрушаются в период каждого выемочного цикла, а породы основ­

к зависанию на значительное расстояние впереди забоя лавы, со стороны падения и восстания от границы выработанного простран­ ства;

III класс — непосредственная кровля (мощностью 3—5 м) представлена прочными, труднообрушаемыми породами, выше ко­ торых залегают легкообрушающиеся породы, не склонные к за­ висанию. Склонность к зависанию над выработанным простран­ ством пород этого типа определяется мощностью и прочностью непосредственной кровли. При мощности разрабатываемого пла­ ста до 1 м наблюдается плавная посадка кровли в лаве;

IV класс — непосредственная и основная кровли представлены прочными труднообрушаемыми породами. Эти породы склонны к зависанию над выработанным пространством на больших проле­ тах (до 60 м и более), создавая значительную зону опорного дав­ ления впереди забоя лавы, а также со стороны восстания и паде­ ния от границ выработанного пространства.

По устойчивости горные породы подразделяются на:

весьма неустойчивые, не допускающие обнаженной кровли и боков выработки без крепления (сыпучие, рыхлые или плывучие породы);

неустойчивые, допускающие небольшие по площади обнажения кровли и боков и требующие прочного поддержания непосредст­

венно вслед за выемкой; средней устойчивости, допускающие обнажения на относитель­

но большой площади, без поддержания вслед за выемкой. Необ­ ходимость поддержания этих пород возникает не сразу, а со вре­ менем;

устойчивые, допускающие значительные обнажения и требую­ щие крепления лишь в отдельных местах;

весьма устойчивые, допускающие весьма большие площади обнажения и не требующие поддержания.

Общими недостатками приведенной выше классификации по­ род кровли является отсутствие четких количественных критери­ ев, определяющих классы пород кровель по обрушаемости или устойчивости.

—j” для пластов различной мощности, кривая 2 пред­

ставляет параметр мощности непосредственной кровли и харак­ теризует верхнее граничное условие минимально необходимой мощ­ ности легкообрушающихся пород непосредственной кровли на пла­ стах различной мощности для предотвращения резких осадок ос­ новной кровли. Кривая 3 отображает параметр мощности непо­

средственной кровли, необходимой для предотвращения резких первичных осадок основной кровли.

Область со штриховкой представляет зону отсутствия резких осадок и активных смещений основной кровли, где приведен пер­ вый критерий, определяющий легкоуправляемую кровлю, условие взаимодействия непосредственной и основной кровель, пласта и крепи. Область без штриховки — зона наличия резких осадок ос­ новной кровли.

В последнее время в ИГД им. А. А. Скочинского канд. техн. наук Ю. А. Коровкиным разработана классификация пород кро­ вель с учетом характера их взаимодействия с механизированными крепями в комплексно-механизированных очистных забоях1. Эта классификация одобрена в ИГД им. А. А. Скочинского и Гипроуглемаше и рекомендована для использования.

Ю. А. Коровкиным предлагается классифицировать породы кровли по степени трудности управления кровлей при применении механизированных крепей (табл. 1.1). По этой классификации все породы кровли делятся на три класса: I — легкоуправляемая кров­ ля; II — кровля средней трудности управления; III — трудноуправ­ ляемая кровля.

Разработанная в ИГД им. А. А. Скочинского Ю. А. Коровки­ ным классификация, содержащая ограниченное количество клас­ сов, характеризующихся качественными и количественными кри­ териями и параметрами, является определенным продвижением вперед по линии поиска более объективных показателей, характе­ ризующих характер взаимодействия породы кровли различных классов с механизированными крепями.

Учитывая, что в Советском Союзе пока еще недостаточен опыт применения механизированных крепей повышенного сопротивле­ ния, особенно в условиях очистных забоев с породами кровель III класса (трудноуправляемых), по мере накопления эксперимен­ тальных данных, предложенная Ю. А. Коровкиным классифика­ ция возможно потребует своего уточнения.

Представляет интерес анализ по изложенной выше методике действующих очистных забоев в пологих и наклонных пластах в четырех основных угольных бассейнах страны (табл. 1.2).

В четырех угольных бассейнах страны из общего числа дей­ ствующих очистных забоев основное число забоев в условиях тон­ ких пластов (96,0%) находится в Донецком бассейне. Из них 23,8 % забоев имеет кровли I класса, 50,7 % — кровли II класса и 25,5 %% забоев — III класса.

Эти обстоятельства необходимо учитывать, создавая механизи­ рованные крепи для комплексной механизации выемки тонких пластов в условиях шахт Донецкого бассейна.

Рекомендуемая величина рабочего сопротивления механизиро­ ванных крепей в зависимости от класса кровли по управляемости и мощности пласта приведена на рис. 1.2. Из приведенных дан­ ных видно, что для механизированных крепей поддерживающего типа рабочее сопротивление (МН/м2) в зависимости от класса кровли и мощности пласта должно быть в следующих пределах.

1 Коровкин Ю. А. О классификации кровель в комплексно-механизирован­ ных очистных забоях. — Уголь, 1980, № 1, с.