2.3Механическое разрушение горных пород

Механическое разрушение как способ ведения горных работ имеет довольно широкое распространение. Его применяют как при добыче угля, так и при проведении горных выработок по углю и породам небольшой крепости.

Эффективность механического разрушения угля зависит прежде всего от его прочности и крепости (см. разд. 2.1). Интегральным показателем усилия резания является сопротивляемость угля резанию.

Сопротивляемость угля резанию — характеристика сопротивления, оказываемая углем разрушению режущим инструментом. Показателем сопротивляемости резанию А (кН/см) является приращение силы резания на один сантиметр толщины стружки.

Между сопротивляемостью угля резанию А и коэффициентом крепости f существует корреляционная зависимость вида А =1,5 f.

Угольные пласты с сопротивляемостью резанию до 1,8 кН/см благоприятны для применения стругов; 1,8–2,4 кН/см — для обычных комбайнов и стругов отрывного действия с высокой энерговооруженностью; 2,4–3,6 — для очистных комбайнов высокой энерговооруженности.

Механическое разрушение при добыче угля осуществляется исполнительным органом очистного комбайна. Очистной угольный комбайн — машина, одновременно выполняющая в забое операции по отделению угля от массива, дроблению его до кусков транспортабельного размера и навалке на забойный конвейер. Угольный комбайн как выемочная машина состоит из электродвигателя, подающей части, исполнительного органа, погрузочного устройства и других узлов (рис. 2.1).

Д

Рис. 2.1 Узкозахватный комбайн 1ГШ-68:

1 — механизм подачи; 2, 3, 5, 6 —редукторы; 4 — электродвигатель; 7, 8 — погрузочные щитки; 9 — передний шнек; 10 — задний шнек

ействие исполнительных органов большинства комбайнов основано на принципе механического разрушения угля. Наиболее эффективными являются такие исполнительные органы, при работе которых в угле возникают растягивающие напряжения без образования объемного напряженного состояния (см. разд. 2.1).

Исполнительные органы очистных комбайнов должны удовлетворять следующим требованиям: высокая производительность; малая удельная энергоемкость процесса разрушения; высокий КПД; простота конструкции; высокая стойкость инструмента; высокая надежность в работе; возможность автоматизации режимов работы; выполнение функций отбойки и погрузки угля; обеспечение высокой сортности добываемого угля; способность самозарубаться в пласт.

Наиболее полно этим требованиям удовлетворяет исполнительный орган в виде шнека с закрепленными на нем зубками. Шнековыми исполнительными органами оснащено большинство современных узкозахватных комбайнов (ГШ-68, КШ3 и др.). Применяются также исполнительные органы барабанного типа.

Струговая установка — выемочная машина, предназначенная для механической отбойки, погрузки и доставки угля в очистных забоях. Исполнительным органом установки является струг. При движении вдоль забоя прижимаемого к нему струга снимается стружка угля толщиной 100—150 мм. Отбитый таким образом уголь корпусом струга грузится на конвейер. В отечественной практике струговые установки широкого распространения не получили.

М еханическое разрушение углей и пород при проходке выработок осуществляется исполнительным органом проходческого комбайна. Распространены исполнительные органы с коническими резцовыми коронками (рис. 2.2) или шаровыми фрезами, установленными на стреле (4ПУ, ПК-9Р, ГПК и др.).

2.4Г

Рис. 2.2. Проходческий комбайн ГПКС:

1 — резцовая коронка; 2 — стрела; 3 — крепеподъемник; 4 — гидроцилиндр подъема исполнительного органа; 5 — поворотная рама; 6— скребковый конвейер; 7 — гидроцилиндр поворота исполнительного органа; 8 — электрооборудование;

9 — пульт управления; 10 — гидроцилиндр подъема стрелы конвейера; 11 — система пылеподавления; 12 — гидроцилиндр поворота стрелы конвейера; 13 — распорный гидроцилиндр; 14 — ходовая часть; 15 — нагребающие лапы

идравлическое разрушение горных пород

Гидравлическое разрушение горных пород основано на использовании кинетической энергии струи воды, выбрасываемой из гидромонитора. Считается, что эффективная отбойка происходит при напоре, развиваемом гидромонитором:

Н > 5f,

г

Рис. 2.3. Гидромонитор ГПД12-5:

1 — светильник; 2 — пульт дистанционного управления; 3, 15 — высоконапорный рукав; 4 — крюк для подвески высоконапорного рукава; 5 — гидроцилнидр поворота гидромонитора; 6 — корпус; 7 — коллектор; 8 —ствол; 9 — насадка; 10 — серьга; 11— гидроцилиндр вертикального качания; 12 — упоры; 13,16 —быстроразъемные соединения; 14 — рама; 17 — забойный водовод; 18 —маслостанция; 19 — кабель; 20 —кронштейн

де Н — напор, развиваемый гидромонитором, МПа; f — коэффициент крепости угля по шкале М.М.Протодьяконова.

Гидравлическое разрушение применяют на открытых работах при разработке наносных отложений (вскрышные работы) и, в отдельных случаях, при подземной добыче угля. В зависимости от крепости угля применяют гидравлическое, взрывогидравлическое и гидромеханическое разрушение. Технологию подземной гидродобычи угля разработал B.C. Мучник.

Гидромонитор — устройство, служащее для создания (формирования) плотной летящей с большой скоростью водяной струи и управления ею при размыве и отбойке полезного ископаемого или породы (рис. 2.3).

На шахтах, где осуществляется гидродобыча, для выемки угля и проведения горных выработок применяются гидромониторы ГМДЦ-3М, ГМДЦ-4, 12ГД-2, 16ГД и другие, развивающие давление воды 12–16 МПа.