книги из ГПНТБ / Систематизированные данные по внезапным выбросам угля и газа на шахтах восточных и северных месторождениях страны

§ 3. Изменение стоимости проведения I м3 выработки комбайном на выбросоопасных пластах

Применение проходческих комбайнов на выбросоопаскых пластах выз­ вано необходимостью повысить технико-экономические показатели при проведении подготовительных выработок.

Важнейшим резервом улучшения основных технико-экономических по­ казателей работы угольных шахт является установление и соблюдение оптимальных параметров технологических процессов,которые необходимо устанавливать во взаимосвязи с горногеологическиии и горнотехнически­ ми условиями.

Исследованиями,выполненными в КузПИ,установлено,что при проведе­ нии выработок комбайнами по углю при обычных условиях (пласт не опа­ сен по выбросам) оптимальные скорости составляют для комбайнов ПК-3 м - 400-500 м/мес. и'для комбайнов 4ПУ - 350-400 м/мес.

При этом достигается минимальная стоимость I и3. Дальнейшее уве­ личение скорости не обеспечивает снижения затрат.

Как установлено исследованиями,приыенение комбайнов на выбросоопас­ ных пластах,снижая вероятность проявления выбросов, не исключает их полностью. Поэтому требуется предварительная профилактическая обработка пласта. Эти работы связаны с необходимостью доставки в забой дополни­ тельного оборудования,производства работ,не связанных с непосредствен­ ным проведением подготовительных выработок. Трудоемкость по сравнению

собычным способом значительно увеличивается,что приводит.к снижению технико-экономических показателей работы проходческих комбайнов. Вместе

стем изменение этих показателей в большой степени зависит от способа профилактической обработки пласта.

Изменение среднемесячной скорости проведения выработки по пласту, предварительно приведенному в неопасное состояние,определяется из выра­ жения

atn?o<p +ГСЧ( ^

где Vk - скорость проведения выработки комбайном в пластах,не опасных по внезапным выбросам,м/мес;

Enpowдлина участка пласта,соответствующая одному циклу профи­ лактической обработки,м;

ton - неснижаемое опережение обработанной эоны,м;

tiwof" время,необходимое на приведение участка пласта в неопас­ ное состояние,час;

388

-вРемя на выполнение операций проходческого цикла,не совме­ щенных с работой комбайна,час;

Скорость проведения выработки комбайном в пластах,не опасных по внезапным выбросам ( Ук ), определяется зависимостью

V k = 247,0 + 30,1 IT" - 7,29 х +178,7 С " - 1 8, 5 S " - 65,1 f", ( 4 )

Учисленный состав сменного звена,чел;

fкрепость угля по шкале проф.М.М.Протодьяконова;

угол наклона проводимой выработки.

389

С помощью указанных уравнений при любых заданных условиях можно определить скорость проведения выработок комбайнами в обычных условиях.

С целью определения наиболее целесообразных скоростей проведения выработок на выбросоопасных пластах принимаем оптимальные скорости про­ ведения выработок в обычных условиях равные 400-500 и/мес. В этой слу­ чае скорости проведения выработок комбайнами для целесообразных интерва­ лов профилактической обработки выбросопасных угольных пластов I

и рациональных скоростях подвигания забоя выработки V3 = 3-5 м/час бу­

дут иметь значения,представленные в таблЛ6

Таблица 18

Как видно из таблицы,наиболее трудоемким является способ с буре­ нием опережащих скважин. Скорость проведения в этом случае снижается по сравнению с оптимальными до 95-130 м/мес. Наиболее производительным способом профилактической обработки выбросоопасного пласта является производство опережающей щели. Этот способ обеспечивает скорость прове­ дения до 250-320 м/мес.

Снижение скорости проведения выработок на выбросоопасных пластах приводит к снижению производительности труда и стоимости проведения

I мэ выработки.

Стоимость I ма проведения выработки при работе комбайнов ПК-311 и 4ПУ в пластах,не опасных по внезапным выбросам,можно определить из выражений:

390

с К = 1А.65 - 0,073 * / - ? ,79 - 0,162 S + 1,6 2. f / ,

С к - 16,79 - 0,102^" +0,51 X - 0,99 Е ' - 7.1TS"* 0,69 f " * 0,44 5

гдеСк>Ск. - полная стоимость I м3 выработки в свету соответственно при работе комбайнов ПК-ЗМ и 4ПУ;

С л - то *е для комбайне ПК-ЗМ при изменении угла наклона выработки.

Остальные параметры имевт аналогичное значение как и в уравнениях

(2,3,4).

Решение уравнений применительно к комбайнам ПК-ЗМ показывает,что стоимость проведения I мэ выработки на выбросоопасиых пластах увеличи­ вается в зависимости от способа обработки пласта. При производстве опережающих щелей это увеличение составляет 15-20%,бурение опережающих скважин приводит к удорожанию I м3 выработки до 46,3%.

Такое положение объясняется тем,что серийно выпускаемые комбайны выпускаются без учета возможности применения их на выбросоопасных пластах. Поэтому помимо проходческих комбайнов необходимо дополнитель­ ное оборудование для профилактической обработки пласта,котороо услож­ няет работу в забое.

С целью повышения технико-экономических показателей на выбросо­ опасных пластах необходимо внести в их конструкцию изменения,позволяю­ щие производить обработку пласта одновременно с процессом проведения.

Глава 111. Технологические и конструктивные направления по механи­ зированному проведению подготовительных выработок на пластах,подверженных внезапным выбросай угля и газа

§ I. Технико-экономические требования на комплекс оборудова- * ния на базе проходческого комбайна "Нарагаида-7/15" для проведения подготовительных выработок по угольным плас­

там, опасным по внезапным выбросам угля и газа

I. Сведения об изделии

1.1.Наименование изделия - комплекс оборудования на базе проход­ ческого комбайна "Караганда-7/15" для проведения подготовительных выра­ боток по угольным пластам,опасным по внезапным выбросам угля и газа.

1.2.Назначение и область применения - создание безопасных условий при проведении подготовительных выработок комбайнами бурового типа

на пластах,опасных по внезапным выбросам угля и газа за счет примене-

* Составлены при участии инж £ И Шульгина

591

ния усиленного предохранительного вита и автоматического регулятора ско­ рости подачи. Авторегулятор автоматически снижает скорость подачи ком­ байна до безопасной величины на угрожаемых участках пластов. На участ­ ках пласта с относительно постоянной скороотьв авторегулятор обеспечи­ вает равнонерное подвигание забоя с определенной наиболее безопасной скоростью.

Автоматическое регулирование скорости подачи комбайна осуществ­ ляется на основе оценки сопротивляемости угля разрушению при резании (А,кг/см). Этот критерий совокупно отражает влияние механических свойств угля,состояние массива под действием горного давления и миг­ рации газа,а также изменение состояния массива при ведении горных ра­ бот в зависимости от горнотехнической особенности схем выемки.

В забоях подготовительных выработок,проводимых по пластам,склон­ ным к внезапным выбросам,изменение сопротивляемости резанию свидетель­ ствует о степени опасности призабойной зоны угольного массива. В каче­ стве граничного значения сопротивляемости угля разрушению при резании в опасных зонах иахтопласта принято А=100 кг/см.

Исходя из предельных значений А и Vp , режим авторегулирования должен обеспечивать последовательное переключение скорости подачи комбайна по ступеням: Vp «1,5; 4,5;3,0;6,0;9,0 м/час при соответст­ венном изменении сопротивляемости угля резанию по интервалам: А=0—50; 50-100; X00-150; 150-200; 200-250 кг/см.

1.3.Какой тип изделия,вид работ должно заменять или для какого нового процесса создается новое изделие.

Создаваемые средства для оснащения проходческих комбайнов буро­ вого типа должны заменить выемку угля отбойными молотками и буровзрыв­ ными работами я обеспечить безопасное проведение подготовительных выработок на пластах,подверженных внезапшм выбросан угля и газа.

1.4.Научно-техническое обоснование создания нового изделия. Одной яэ важнейших причин,сдерживающих расширение области при­

менения проходческих комбайнов,которыми за последние 30 лет охвачено только 11,1% от всего объема проходки выработок,являются ввезапные выбросы угля я газа.

Внезапным выбросам по Советскому Союзу в настоящее время подвер­ жены 100 шахт,разрабатывающих около 250 выбросоопасных шахтопластов, т .е . более 40% объема проходческих работ. Бели учесть также весьма опасные шахтопласты с суфлярными выделениями,то общий удельный вес опасных горнопроходческих условий будет значительно выше. С углубле­ нием горных работ на глубоких горизонтах область распространения и количество опасных шахтопластов резко возрастает.

Проведение горных выработок по выбросоопасным пластам осущест­ вляется преимущественно отбойными молотками и буревзрывным способом. Применение отбойных молотков не обеспечивает необходимой производи­ тельности,требует затрат большого количества ручного труда и сопровож-

392

дается значительным технологическим шумом,препятствующим определе­ нию и распознаванию начальных признанов внезапных выбросов. Прохож­ дение выработок с помощью отбойных молотков не соответствует совре­ менному уровню и темпам проходческих работ и не^гдовлетворяет требо­ ваниям правил безопасности.

Бурс-взрывной способ проходки выработок ухудшает общий уровень бе­ зопасности работ, способствует неожиданному искусственному провоциро­ ванию внезапных выбросов и суфлярных выделений газа,возникновению опас­ ных вспышек,загораний и взрывов рудничного газа.

Применение проходческих комбайнов с автоматическим регулятором подачи и с защитным щитом устраняет основные недостатки,присущее молот­ ковым и буровзрывным способам,и существенно повышает общую безопасность проведения горных выработок по выбросоопасным пластам.

Применяемые в настоящее время в шахтах проходческие комбайны оте­ чественного и зарубежного производства не оснащены противовыбросным оборудованием и не отвечают требованиям безопасности работ на выбросо­ опасных пластах.

Научно-исследовательскими работами МакНИИ и ВостНИИ установлено, что существенное повышение безопасности проходческих работ на пластах выбросоопасных и суфляроопасных может быть обеспечен путем применения таких технологических способов,при которых гродвигание забоя осущест­ вляется плавно,постепенно, с равномерной скоростью,малыми стружками, без резких динамических ударов. Такой наиболее безопасный технологи­ ческий ритм проходческих работ в наибольшей степени может быть осуще­ ствлен при проходке выработок комбайнами,оборудованными авторегулято­ рами и предохранительными щитами.

При постоянном равномерном давлении на забой выработки в ре­ зультате равномерной подачи комбайна напряженное состояние разру­ шаемого угольного массива изменяется также плавно и постепенно,что воздает наиболее благоприятные условия для своевременного распозна­ вания начальных признаков и предупреждений внезапных выбросов.

В наибольшей степени изложенные выше требования соответствуют постепенному и непрерывному разрушению забоя выработки одновременно по всему сечению узкими эаходками,что могут осуществлять комбайны буро­ вого фронтального типа.

2.Показатели технического уровня,надежности

идолговечности

2.1.Эксплуатационно-технические показатели (техническая характе­

ристика).

Комплекс оборудования на базе проходческого комбайна "Караганда-?/!?" для проведения штреков по выбросоопасным пластам состоит из встроенных

вкомбайн автоматического регулятора подачи и предохранительного щита усиленной конструкции.

39

а ) А в т о м а т и ч е с к и й р е г у л я т о р

2 .1 .1. Регулятор должен обеспечивать автоматическое изменение ско­ рости подачи комбайна в зависимости от усилия резания по ступеням: 1,5;3, 0;4, 5;6, 0;9,0 м/час при соответствующем изменении сопротивляемос­ ти угля разрушению при резании в интервалах 0^-50; 50-100; 100-150; 150+200;200+250 кг/си, причем при уменьшении усилия резанин скорость подачи снижается и наоборот.

2.1.2. На каждой ступени регулятор должен поддерживать постоянную скорость подачи о точностью ± 10%.

2.1.3. Интервал по величине перемещения комбайна,необходимый для

скорости подачи по линейному закону от нуля до величины,определяемой сопротивляемостью угля разрушению.

полнен на основе серийно выпускаемых полупроводниковых логических и функциональных элементов и типовых узлов.

2.1.10.Регулятор должен конструктивно объединяться с комбайном.

2.1.11.Конструкция регулятора должна отвечать "Правилам изготов­ ления взрывоэащищенного и рудничного электрооборудования "ОАА.664.053-67".

2.1.12.Электрическая часть регулятора должна быть рудничного взрывобезопасного исполнения,а элементы,встраиваемые в исполнительный ор­

ган комбайна,- искробезопасного исполнения.

2.1.13. Конструктивно электрическая часть .регулятора должна раз­ мешаться в магнитной станции комбайна. Возможно размещение электричес­ кой части экспериментального образца регулятора в отдельной оболочке.

2.1.14.Электрооборудование комбайна должно предусматривать воз­ можность включения в схему электрической части регулятора.

2.1.15.Конструкция авторегулятора должна обеспечивать несложный и доступный в шахтных условиях монтаж и демонтаж.

2.1.16.В регуляторе должны быть предусмотрены все необходимые

виды защит,блокировок и контроля в соответствии о ПБ в угольных и сланцевых шахтах.

2.1.17.Должна быть предусмотрена сигнализация неисправности ре­ гуляторов или блокировки,исключающая возможность работы комбайна при неисправном регуляторе.

2.1.18.В схему управления комбайном должна быть заложена воз­ можность перехода с автоматического управления на ручное.

394

2 .1.19. При ручном управлении должна быть предусмотрена возмож­ ность движения комбайна на маневровой скорости.

2.1.20. Конструкция и исполнение механизма передвижения комбайна должны позволять ступенчатое изменение скорости подачи в рабочем ре­ жиме (согласно п.2. 1 . 1 .)и плавное нарастание скорости при пуске (согла­ сно п.2.1.4).

2.1.21. Скорости вращения приводных звездочек гусениц не должны отличаться более чем на 10%.

2.1.22.Конструкция комбайна должна быть переработана в направлении привязки узлов автоматического регулятора подачи и обеспечения его нор­ мального функционирования.

2.1.23.Экспериментальный образец комбайна изготавливается с руч­ ным регулированием скорости подачи по ступеням (согласно п.2. 1 . 1 ) и

оснащается аппаратурой с целью регистрации необходимых параметров для разработки элементов регулятора скорости подачи и конструирования опыт­ но-промышленного образца.

б) Предохранительный щит

2 .’ .24. Предохранительный щит должен находи^я непосредственно за исполнительным органом комбайна,выдерживать нагрузку, создаваемую выбрасываемым углем,и не позволять последнему распространиться по вы­ работке.

2.1.25. Шит должен быть раочитан на нагрузку в 2 т/м^.

2.1.26.Щит должен исключить возможность создания избыточного давления газа в защитовои пространстве в случае возникновения внезап­ ного выброса угля и газа (т.е. должен быть фильтрующим).

2.1.27.Основную нагрузку при выбросе принимает на себя исполни­ тельный орган планетарно-дискового типа,способствующий забучиванию защитового пространства в процессе развития внезапного выброса и при­ водящий к его прекращению.

2.1.28.Предохранительный щит должен конструктивно объединяться

скомбайном.

2.1.29. Щит должен иметь люки для прохода обслуживающего персона­ ла к исполнительному органу комбайна.

2.1.30.Двери люков должны снабжаться блокировкой,нддопускающей включение двигателя исполнительного органа при их открытом состоянии.

395

2.3. Патентная чистота.

Регулятор и предохранительный щит должны обладать патентной чис­ тотой по промышленно развитым странам (Англии,ФРГ,США, Канада).

Регулятор разрабатывается на основе авторских свидетельств СССР

№262044, 253712 и решения о выдаче авторского свидетельства по заявке

струкциями.

Автоматический регулятор должен быть построен на серийно выпускае­ мых полупроводниках функциональных я логических элементах.

3.Условия эксплуатации изделия

3.1.Технологическая схема работы нового изделия (режим работы, организация работы,расстановка рабочей силы и технологический комплекс,

вкотором будет работать изделие).

Проведение выработок комбайнами бурового типа,оборудованными ав­ торегуляторами режима подачи и усиленным предохранительным щитом,произ­ водится без предварительной профилактической обработки пласта с целью предупреждения внезапных выбросов угля и газа.

Организация работы комбайна с исполнительным органом бурового ти­ па, оборудованного автореьулятором,остается прежней,что и у существующе­ го комбайна "Караганда-7/15".

3.2. Внешние факторы.

Авторегулятор должен сохранять нормальную работоспособность при: а) температуре воздуха от +5 до +35°С;

б) относительной влажности при t = 20°С до 98%;

в) запыленности до 2000 мг/м8; г) вибрационно-ударной нагрузке с частотой 20 -30 гц,амплитудой

до 2,0 им и ускорениях до Зд ; д) колебаниях питающего напряжения в пределах от +15% до -20%.

3.3. Средства связи,сигнализация,освещение.

Особых требований к авторегулятору и предохранительному щиту не предъявляется.

3.4. Характеристика горногеологических условий.

Щит и авторегулятор должны соответствовать горногеологическим условиям,на которые раэтитан комбайн.

396

4 . Специальные требования к изделию

4.1. По условиям управления.

Должно быть предусмотрено два взаимоисключающих режима управле­ ния скоростью подачи - ручной и автоматический. Пульт оператора дол­ жен иметь переключатель режима управления.

4.2. По условиям ремонта.

Авторегулятор должен быть легко разборным и доступным для профи­ лактических осмотров и ремонтов.

4.3. По технике безопасности.

Узлы автоматического регулятора,встраиваемые в исполнительный орган комбайна,должны иметь искробезопасные параметры.

Для надежной защиты людей,работающих в забое,комбайн должен быть оборудован усиленным податливым предохранительным щитом. В процессе доводки конструкции комбайна,по результатам эксп;у атации в условиях выбросоопасных пластов,предусматривается видоизменение конструкции щи­ та (введение демпфера).

Для уменьшения влияния фактора газовыделения на работу комбайна перед началом проведения выработки должна производиться профилактическая об­ работка пласта о целью борьбы о газом путем увлажнения угольного плас­ та через бортовые скважины или бурения ограждающих скважин о последую­ щей дегазацией. Порядок и параметры выполнения этих работ определены "Временным руководством по применению метода профилактической обработ­ ки угольных пластов жидкостью для ведения одновременной борьбы с вне­ запными выбросами угля и газа,горными ударами,газовыделением и угольной пылью", Кемерово,1966 и "Временным руководством по ограждающей дегаза­ ции при проведении подготовительных выработок на шахтах Кузбасса",Кеме­ рово,1966. Комбайн должен быть оборудован системой газовой защиты.

4.4. По промышленной санитарии и гигиене.

Требования остаются те же,что и для комбайнов существующих типов. 4.5. По транспортабельности.

Регулятор должен разбираться на отдельные узлы весом не более

2С0 кг.

4.6. По условиям хранения.

Требования остаются те же,что и для комбайна "Караганда-7/15".

5. Дополнительные рекомендации

Разработка автоматического регулятора скорости подачи требует проведения определенного объема научно-исследовательских и экспери­ ментальных работ в лабораторных,стендовых и шахтных условиях. После окончания научно-иооледовательоких и опытно-конструкторских работ возможна корректировка настоящих ТЭТ в разделах,касающихся регулято­ ра скорости подачи.

39