книги из ГПНТБ / Охрименко В.А. Подземная гидродобыча угля учеб. пособие

оно увеличивается до 400 кгс/см2. От повысителя давления вода подается к гидромонитору, управление которым осуществ­ ляется с пульта, расположенного в кабине установки. Скорость качания и подъема ствола гидромонитора регулируется дроссе­ лями. Отбитый высоконапорной струей воды уголь смывается от­ работанной водой под давлением 10—15 кгс/см2.

При ведении очистных работ длина ствола гидромонитора равна 1,1 м. Для проведения подготовительных выработок ствол удли­ няют с помощью приставки на 1,9 м.

Гусеничная тележка передвигается с помощью гидравлического

ставила 80—85 т/ч. Средняя энергоемкость гидроотбойки угля 4— 5 квт • ч/т.

Другим способом повышения эффективности гидравлического разрушения угля является гидроотбойка с применением тонких струй, подаваемых под давлением до 500 кгс/см2.

В настоящее время испытываются способы разрушения уголь­ ного массива пульсирующими и импульсными струями высокого и сверхвысокого давления.

Пульсирующие струи с относительно высокой и регулируемой частотой пульсации могут быть получены с помощью воздушных пульсаторов, работающих на принципе периодического введения

вструю гидромонитора порции воздуха с помощью эжектора. Схема пульсатора показана на рис. 65. В коническую часть на­

садки 1 по оси струи вводится трубка 2, другой конец которой через сальниковые уплотнения 3 выведен в атмосферу. Для цент­ рирования трубки и устранения ее вибрации в стволе перед на­ садкой устанавливается звездчатый успокоитель с осевым отвер­ стием для трубки.

При истечении воды из насадки у переднего конца трубки соз­ дается разрежение и через трубку из атмосферы засасывается воздух. Периодическое перекрытие наружного конца трубки вы­ зывает резкое изменение гидравлического сопротивления насадки и обеспечивает получение пульсирующей струи.

Экспериментальными работами установлено, что пульсирующая струя при напоре воды 35—40 кгс/см2 позволяет достичь произво­ дительности гидроотбойки 15—17 т/ч, что в 1,5—2 раза выше, чем

150

при разрушении угольного массива обычными струями с теми же параметрами.

При исследовании гидроотбойки угля с применением воздуш­ ного пульсатора улучшилась компактность струи при подсосе по ее оси разреженного воздуха. Замеры показали, что пульсирующие струи по сравнению с обычными обладают большей дальностью полета на 15—20%. Усилие воздействия пульсирующей струи на расстоянии, равном 400 do, уменьшается лишь на 8—10% по срав­ нению с максимальным.

В Кузбасском политехническом институте на базе гидромони­ тора ГМДЦ-3 разработан пульсирующий гидромонитор ПГ-1у с дистанционным управлением [16]. В ствол гидромонитора вмон­ тирован новый узел—пульсатор.

Техническая характеристика гидромонитора ПГ-1у

Ствол гидромонитора оборудован конической насадкой с ци­ линдрическим участком. По оси ствола проходит воздушная трубка, один конец которой находится вблизи входа в цилиндри­ ческий участок насадки. Трубка при помощи гайки и тяги может аксиально перемещаться и специальным устройством, совмещенным с успокоителем, центрироваться. Другой конец трубки соеди­ нен рукавом с клапаном пульсатора. Клапан представляет собой цилиндр с отверстиями, который вращается при помощи гидро­ сверла СГР. При вращении клапана его отверстия и отверстия

вкорпусе периодически совпадают. Воздушная трубка имеет проб­ ковый кран, который используется при резком увеличении расхода воды для смыва горной массы. Для этого пробковый кран закры­ вается и воздушная трубка за счет вращения гайки отводится на 3—5 см назад. Тогда сечение струи увеличивается, а расход воз­ растает в 2—2,5 раза. При этом пульсация струи прекращается.

Опытный образец пульсирующего гидромонитора ПГ-ly про­ ходил промышленные испытания на гидрошахте «Красногорская»

вочистном забое по пласту IV Внутреннему. Напор воды на вы­ ходе из насадки гидромонитора составлял 60—85 кгс/см2. За время испытаний гидромонитор проработал 300 ч чистого времени.

Испытания позволили установить, что гидромонитор формирует пульсирующие струи высокой компактности и дальнобойности.

Гидромонитором ПГ-ly было отработано 13 заходок и уста­ новлено, что пульсирующие струи по сравнению с обычными

151

гидромониторными позволяют сократить время на отработку заходок на 25—30%.

Пульсацию струи на выходе из насадки можно получить в ре­ зультате применения гидроимпульсаторов.

Конструкцию гидроударного повысителя давления автоколеба­ тельного типа (ГРПД), пригодного для работы в шахтных усло­ виях при давлении 60—100 кгс/см2, разработал Донецкий политех­ нический институт.

Повыситель давления (рис. 66) состоит из генератора колеба­ ния 1, разрядника 2, трубопровода 3 и ствола гидромонитора 4. Принцип его работы заключается в следующем. Путем периодиче-

Рис. 66. Схема гидроударного повысителя давления ГРПД

ского перекрывания сбросного клапана генератора в ударном тру­ бопроводе возникают колебания давления. Генератор управляется специальной системой, которая состоит из переводного шланга, слу­ жащего для доставки воды из полости подвода в камеру его го­ ловки, сбросного шланга с краном, предназначенного для отвода воды из этой камеры в атмосферу, и колпака, заполненного воз­ духом.

При помощи подвижной части генератора включается штокклапан с дисками и диафрагмой гидропривода. Соотношение пло­ щадей подвижной части генератора выбрано таким образом, чтобы клапан при равном давлении в камере головки и полости подвода находился в открытом состоянии.

Генератор запускается при пониженном давлении в камере го­ ловки открыванием крана управления. При снижении давления в головке клапан закрывается и скорость воды в трубопроводе уменьшается, что влечет за собой увеличение давления.

Возникшая у генератора волна высокого давления со скоро­ стью 1000—1200 м/с движется к разряднику, от которого она от­ ражается, и возвращается к генератору.

152

В течение времени

генератор и гидромонитор находятся под высоким давлением. Вы­ сокое давление мгновенно действует на тарелки гидропривода и передается по каналам малого сопротивления в камеру хвостовика клапана, создавая силу для его удержания в закрытом состоянии.

В полость головки генератора высокое давление передается с некоторой задержкой и обеспечивается наличием воздуха в кол­ паке и переводном шланге большого сопротивления. Величина объ­ ема воздуха и сопротивления шланга подбираются таким образом,, чтобы сила, стремящаяся открыть клапан, достигла к моменту подхода волны среднего давления величины, способной быстро от­ крыть его. При этом давление в корпусе генератора становится ниже среднего и волна низкого давления проходит расстояние до разрядника и обратно. Затем цикл повторяется.

Если кран управления оставить открытым до тех пор, пока его сопротивление не окажется незначительным по сравнению с сопро­ тивлением переводного шланга, давление в полости головки сни­ зится и клапан останется закрытым, а колебания давления в удар­ ном трубопроводе исчезнут.

Гидроотбойка угля с применением ГРПД при давлении у раз­ рядника 60 кгс/см2 значительно эффективнее, чем при отбойке без повысителя при давлении 90—100 кгс/см2.

В результате исследований по импульсным струям, проводи­ мых Институтом гидродинамики СО АН СССР, были разработаны конструкции импульсных водометов, позволяющих преобразовы­ вать начальное давление воды 35—45 кгс/см2 в 8000—10 000 кгс/см2 и выше.

В импульсном водомете в качестве аккумулятора энергии ис­ пользован сжатый воздух под давлением, несколько меньшим,, чем давление напорной воды. При его сжатии поршнем до давле­ ния, близкого к давлению в питающей гидросистеме, происходит постепенное накопление энергии. Если определенный момент вре­ мени давление со стороны поршня, где находится вода, будет сбро­ шено, то под действием сжатого воздуха поршень разгоняется, т. е. энергия, накопленная в сжатом газе, переходит в кинетическуюэнергию поршня. Последняя, в свою очередь, передается воде, за­ полняющей ствол и коническую насадку.

ВНИИгидроуголь создал на этом принципе экспериментальный образец импульсной установки МПИ-2. Водомет прост, надежен, может работать на шахтной воде при давлении 25—40 кгс/см2, раз­

153

лятора энергии, закачивается в ресивер 1. При крайнем левом положении ударного поршня 2 и взводных поршней домкратов на­ порная вода подается в домкраты 3 и через дроссель и наклонные каналы 4 в ствол 5. С помощью захвата 6 поршни домкратов взво­ дят ударный поршень, который в конце взвода срывается автома­ тически с захвата и движется с большой скоростью под действием сжатого воздуха. Давление воды свыше 1000 кгс/см2, реализуемое в динамическое давление струи, создается штоком поршня. После выстрела вода из домкратов с помощью крана управления направ­ ляется к забою, а взводные поршни под действием сжатого воз­ духа возвращаются в исходное положение.

Производительность водомета на углях средней крепости и

к механическому способу разрушения.

Имеется возможность создания водометов с гораздо большей скорострельностью, позволяющей увеличить их производительность в несколько раз.

Институтом гидродинамики СО АН СССР совместно с Донгипроуглемашем и Ясиноватским машиностроительным заводом создан породопроходческий комбайн ПИ с импульсным водометом ИВ-5. Он предназначен для разрушения импульсными струями воды пород средней крепости и крепких типа песчаников и извест­ няков крепостью 5—10.

Водомет ИВ-5 установлен на самоходной платформе, которая представляет собой проходческий комбайн ПК-3 со снятым режу­ щим органом. Водомет может поворачиваться в горизонтальной и вертикальной плоскостях. С помощью гусеничного хода он пере­ мещается в нужном направлении. Водомет оборудован специаль­ ной кабиной, предохраняющей машиниста от осколков разрушен­

154

ной породы, системой сбора отработанной воды и подачи высоко­ напорной воды, противооткатным устройством, системой подачи воздуха в ресиверы водомета, гидро- и пневмокоммуникациями, имеет систему дистанционного управления стрельбой. Стрельба возможна как в автоматическом режиме, так и одиночными выст­ релами.

Водяными струями напором 7—8 тыс. кгс/см2 эффективно раз­ рушаются слоистые породы типа известняков крепостью 5—7. Энергоемкость разрушения указанных пород находится в пределах

(не менее 10—15 тыс. кгс/см2).

Дальнейшее совершенствование импульсной подачи воды под сверхвысоким давлением, доведение конструкций горных машин, работающих на данном способе разрушения горного массива, до промышленных и тщательное установление их области применения позволят повысить эффективность гидравлического разрушения крепких углей и пород.

Для интенсификации гидравлической выемки угля, кроме повы­ шения давления гидромониторных струй и применения известных способов ослабления угольного массива, большой интерес пред­ ставляет новый способ разрушения угольного массива с использо­ ванием тонких струй высокого давления. Этот способ удобен тем, что дает возможность совмещать в едином технологическом про­ цессе щелеобразование тонкими струями большого давления и от­ бойку промышленными гидромониторными струями.

Практическое осуществление способа проводится по двум на­ правлениям: гидромониторная и агрегатная выемка.

При гидромониторной выемке уголь отбивается тонкоструйным гидромонитором или обычным гидромонитором после ослабления угольного массива системой щелей, нарезанных тонкими струями. В качестве примера можно привести опыт США по применению тонких струй на проходке нарезных и подготовительных вырабо­ ток. При проходке восстающих выработок и диагональных просе­ ков между ними шириной 3 м с помощью двух тонкоструйных гид­ ромониторов с насадкой диаметром 3,9 мм за 61 смену пройдено 107 м выработок и добыто 2830 т угля при средней производитель­ ности гидроотбойки около 24 т/ч. Время работы гидромонитора составило всего 31% общего рабочего времени. Расходы на мате­ риалы из-за отсутствия буровзрывных работ сократились на 74%. Производительность труда составила в среднем 23,3 т/чел-смены, что на 35% выше, чем при обычном способе проведения восстаю­ щих выработок.

При нарезке столбов с помощью струй высокого давления про­ изводительность труда рабочего составила 5,7 т/чел-смены при производительности гидроотбойки 6 т/ч, а удельный расход элект­ роэнергии — 10 квт • ч/т.

155

Рис. 68. Схемы компоновки нарезного комбайна с тонкоструйными испол­ нительными органами

двухструйные гидравлические резаки. Количество резаков опреде­ лено с учетом шага обрушения и мощности пласта. Гребенка шар­ нирно соединена с рукоятью, которая крепится к машине. При по­ мощи рукоятки осуществляются качающиеся (маятниковые) дви­ жения в горизонтальной плоскости с одновременным покачиванием гребенками относительно оси рукояти, что способствует нарезке горизонтальных зарубных щелей по всей ширине забоя. Исполни­ тельный орган позволяет получать крупнокусковатый (до 160 мм) уголь.

Недостатками исполнительного органа являются трудность уп­ равления им при сложной гипсометрии пласта, кинематическая

156

сложность механизмов и агрегатов, динамическая неуравновешен­ ность системы, которая не дает возможности нарезать зарубные щели с оптимальной скоростью перемещения резаков по забою.

Т р е х л у ч е в о й и с п о л н и т е л ь н ы й о р г а н к о л ь ц е ­

выработки необходимой ширины на исполнительном органе уста­ навливают три крестовины с гидравлическими резаками, при вра­ щении которых нарезаются концентрические зарубные щели. Длина резаков не менее 300 мм, они, как и в предыдущем случае, расположены консольно. Длина консоли определяется условиями обрушения подрезанных целиков угля.

Исполнительный орган вращается через раздаточный редуктор с помощью гидромотора, который обеспечивает плавное бессту­ пенчатое регулирование скорости вращения при большом диапа­ зоне ее изменения. Такая компоновка исполнительного органа по­ зволяет получать уголь крупностью до 250 мм. Исполнительный орган при своем вращении одновременно подается на забой. Не­ достатки этого органа — отсутствие возможности регулировать его мощность при изменении гипсометрии пласта, оставление «гребеш­ ков» на почве и в кровле выработок.

Д в у х л у ч е в о й и с п о л н и т е л ь н ы й о р г а н к о л ь ц е ­ в ог о т и п а (рис. 68, е) представляет собой две крестовины на концах которых крепятся двухструйные гидравлические резаки. Крестовина вращается с помощью гидромотора. Исполнитель­ ный орган с приводом подается по цилиндрическим направляю­ щим гидроцилиндром, закрепленным на раме комбайна. Цилинд­ рические направляющие могут качаться в вертикальной и горизон­ тальной плоскостях, а также перемещаться вверх и вниз, обеспечивая обработку забоя с четырех положений: верхнего и нижнего, правого и левого. Качания по горизонтали позволяют из­ менять ширину проводимой выработки. Качания по вертикали пре­ дохраняют нерабочие поверхности гидравлических резаков при по­ даче исполнительного органа на забой под некоторым углом и обеспечивают получение четких контуров выработки.

Основная рама комбайна раскрепляется с помощью гидравли­ ческих домкратов. После обработки забоя на величину рабочего хода рама выдвигается вперед секцией подачи, которая подтяги­ вается к раме, после раскрепления последней.

Данный исполнительный орган нарезной машины имеет следую­ щие преимущества: возможность регулировки его движения по ширине выработки и мощности пласта, а также получения кусков угля размером до 200 мм.

К его недостаткам можно отнести кинематическую сложность механизмов и агрегатов, а также оставление при работе незначи­ тельных «гребешков» на почве и в кровле выработки, несколько затрудняющих транспортирование угля и спуск комбайна по вы­ работке.

157

ковых сторон которой находятся две ходовые гусеницы и их при­ воды.

4—5 кгс/см2, под которым она и поступает к комбайну по двум шлангам диаметром 75 мм. Вода, попадая за щит комбайна, вы­ носит оттуда отбитый уголь и транспортирует его самотеком по выработкам до зумпфа камеры гидроподъема.

Опыт работы показал, что проходческий комбайн ПКГ-4 явля­ ется высокопроизводительной машиной, прост в управлении; его применение позволяет значительно снизить себестоимость проведе­ ния подготовительных выработок.

Однако большая длина комбайна не позволяет проводить но­ вую выработку без специально подготовленных заездов. Кроме того, скорость проведения выработок сдерживается в связи с не­ достаточной (50 квт) мощностью привода.

В 1959 г. в Донбассе на шахте им. Дзержинского комбината Кадиевуголь, а затем в 1963—1964 гг. на гидроруднике «Пионер» проходил испытания комплекс ККГ конструкции Я. Я- Гуменника, •предназначенный для выемки угля на пологих пластах мощностью 0,8—1,3 м.

Исполнительный орган комбайна состоял из трех отбойных коронок планетарного действия, оборудованных резцами. Транс­ портировка отбитого угля осуществлялась потоком отработанной воды.

Перед началом работы комбайн устанавливался в штреке на специальной передвижной направляющей тележке, с которой на­ чиналась выемка угля на всю длину заходки. Высоконапорная вода для гидротурбин и трос управления подаются к комбайну по гибкому шлангу. После выемки заходки с помощью троса пере­ ключают напорную воду турбинки маневрового хода и комбайн возвращается на тележку. Тележка передвигается на новое место, и работы по выемке угля из следующей заходки возобновляются.

Количество заходок и ширина целиков между ними определя­ ются состоянием пород кровли и скоростью выемки. Рабочая ско­ рость и производительность комбайна составили соответственно 1 м/мин и 2,5 т/мин. С помощью комплекса было пройдено более 1200 м очистных камер-заходок длиной до 53 м.

Испытания подтвердили работоспособность комплекса и воз­ можность осуществления безлюдной выемки угля на тонких поло­ гих пластах без крепления очистного пространства.

Для механогидравлической выемки угля в очистных и нарезных забоях применяют комбайны К-56 и ПК-3, приспособленные для работы в условиях гидродобычи.

При модернизации комбайна с него снимают погрузочное уст­ ройство, поперечный грузчик и заборный носок. На комбайне мон­ тируют приспособление для подачи воды на исполнительный

159