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

орган. Комбайн соединен с металлическим трубопроводом высоко­ напорными резиновыми трубами диаметром 75—100 мм и длиной 50—100 м.

При работе машины к исполнительному органу в час подается 100—120 м3 воды, которая полностью подавляет обильно образую­ щуюся угольную пыль и транспортирует по почве выработок отби­ тый уголь.

Комбайн разрушает забой исполнительным органом, снабжен­ ным коронкой с резцами, которая внедряется в массив на глубину 0,4—0,5 м, а затем, перемещаясь по вертикали и горизонтали, оформляет забой.

При проведении подготовительных выработок узким забоем и совместной выдаче угля и породы крепостью не более 4 на гидро­ шахтах комбайн используют в некоторых случаях с погрузочным органом обычного типа. В этом случае горная масса (смесь угля и породы) забирается вначале погрузочным органом, а затем на­ правляется в желоба, в которые одновременно подается и техни­ ческая вода. Пульпа самотеком транспортируется до камеры гид­ роподъема.

В настоящее время серийно выпускаются модернизированные комбайны К-56МГ, предназначенные для подземной добычи угля механогидравлическим способом.

Техническая характеристика комбайна К-56МГ

Максимальная производительность, т/ч . . 135

Размер проходимых выработок, м.-

160

Техническая характеристика комбайна «Урал-38»

Для проведения выемочных печей, подэтажных и диагональных штреков круглой формы диаметром 1,72 м на пластах пологого и крутого падения любой мощности с присечкой боковых пород кре­ постью по шкале М. М. Протодьяконова институтом УкрНИИгидроуголь разработана проходческая буровая машина ПБМ. В конструкции машины предусмотрено бурение шпуров под анкер­ ную крепь.

Машина ПБМ состоит из двух основных частей: головной части и распорного кольца. На раме головной части расположены основ­ ные узлы машины: рабочий орган; привод рабочего органа, состоя­ щий из двух электродвигателей и двух планетарных редукторов, которые работают на общий редуктор рабочего органа; левый и правый механизмы проведения канавки с резцами. Поворотная часть машины (рабочий орган, редуктор, кронштейн и привод) и рама с желобом, который служит для направления движения рас­ порного кольца при его подтягивании, удерживаются в выработке механизмом распора. Механизм распора состоит из двух домкра­ тов, двух распорных стоек и двух лыж — передней и задней — и представляет собой два шарнирных четырехзвенника, общим зве­ ном которых является редуктор вместе с рамой. Распорное кольцо служит для распора в выработке при подаче на забой, а также при подтягивании машины при движении назад. Домкраты подачи шарнирно закреплены одним концом на раме, а другим — на рас­ порном кольце. Распорное кольцо состоит из двух щитов, рамы, четырех тяг и гидродомкрата. На раме устанавливаются основная и вспомогательная маслостанции, гидроаппаратура управления и механизм для бурения шпуров под анкерную крепь.

Рабочий орган роторного типа состоит из планшайбы, дисковых шарошек и кронштейна со скребком для удаления продуктов раз­ рушения. Дисковые шарошки расположены на планшайбе усту­ пами.

Проведение выработки рабочим органом роторного типа начи­ нается с образования врубовой щели двумя дисками. Остальные

осуществляется непрерывно на величину шага (900 мм). Удале­ ние продуктов разрушения из забоя осуществляется при помощи скребка, закрепленного на рабочем органе, и гидросмывом.

После проведения выработки на величину шага снимается распор с кольца и последнее подтягивается к машине при помощи домкратов подачи, затем кольцо распирается, включается подача машины, и цикл повторяется.

Для первоначального забуривания машины и ее направления по выработке используется стартовая площадка.

Техническая характеристика проходческой буровой машины ПБМ

ток по углю с присечкой боковых пород крепостью менее 5 разра­ ботана проходческая машина МГПП-3.

Машина состоит из исполнительного органа (две гидротурбины, редуктор и коронки) и гусеничной ходовой части с приводом от гидродомкрата через храповой механизм. Гидросистема МГПП-3 включает домкрат вертикального качания рабочего органа, дом­ крат передвижения, четыре домкрата для обеспечения бокового распора, два домкрата переключения храповых механизмов, два домкрата открывания и закрывания насадок гидротурбин и пульта управления.

Рабочий орган машины МГПП-3 представляет собой пятисту­ пенчатый редуктор. На концах приводного вала установлены две ковшовые турбины, а на двух концах выходного вала — четыре трехлучевые коронки с резцами.

Уголь и порода разрушаются благодаря тому, что коронки вме­ сте с редуктором совершают дуговое качательное движение по вертикали, вращаясь навстречу друг другу. Такое движение со­ вершается периодически с остановкой в крайнем верхнем и край­

162

нем нижнем положении для врезания исполнительного органа на глубину стружки до 30 мм.

Исполнительный орган подается на забой в крайнем верхнем и в крайнем нижнем положении автоматически посредством гусе­ ничного хода или механизма подачи.

Машина приводится в движение водой, подводимой по высоко­ напорному шлангу, этой же водой транспортируются разрушен­ ный уголь и порода.

§3. ГИДРОМЕХАНИЧЕСКАЯ ВЫЕМКА УГЛЯ

ИПОРОД

Гидромеханический способ выемки угля и вмещающих пород применяют в двух вариантах:

отделение угля или породы от массива гидравлическим спосо­ бом (струей воды), а навалка и транспортирование отбитой горной массы механическими средствами;

нарезка по забою зарубных щелей гидравлическим способом (тонкими струями высокого и сверхвысокого давления), обруше­ ние межщелевых целиков механическим способом (зубками или различного вида скалывателями). В этом случае навалка и транс­ портирование отбитой горной массы могут осуществляться в зави­ симости от условий применения как гидравлическим, так и меха­ ническим способом.

Преимуществом гидромеханической выемки угля и пород явля­ ется возможность ее применения как на гидрошахтах в условиях, где затруднен гидравлический транспорт, так и на шахтах с обыч­ ной технологией.

Первый вариант целесообразно применять при проведении гор­ ных выработок с уклонами менее 0,05,_ не обеспечивающими само­ течный гидротранспорт, а также при отсутствии в забое количе­ ства воды, достаточного для смыва, навалки и транспортирования горной массы. В этом случае уголь может отбиваться гидромони­ тором (при достаточном количестве воды) и тонкими струями (одними или вместе с механическими скалывателями). Навалка и транспортирование угля осуществляются средствами, применяе­ мыми на шахтах с обычной технологией.

Характерным примером сочетания тонких струй воды с после­ дующим механическим разрушением могут служить гидроструго­ вая установка ГИГ-АГ (ПНР) и механогидравлическая выемочная машина МВМ (СССР).

На гидроструге ГИГ-АГ установлен подвижной гидромонитор с приводом перемещения. Для скалывания угля струг с двух сто­ рон оборудован резцами. Со стороны почвы имеется неподвижная насадка для подрезки пласта в горизонтальной плоскости.

Агрегат движется по трубчатым направляющим, закрепленным на конвейерном ставе. К верхней части гидроструга со стороны кон­ вейера прикреплена консоль со встроенным внутри нее коллектором,

по которому подводится высоконапорная вода к насадкам. Балансир гидромонитора приводится в движение пневмоприводом. Пневмо- и гидроэнергия подводятся к гидростругу по высокона­ порным шлангам, которые укладываются в специальную гусеницу, перемещающуюся по направляющим, прикрепленным к конвейеру со стороны завала. Гидроструговая установка прижимается к за­ бою гидравлическими домкратами.

При движении струга вдоль лавы струей воды отрезается вер­ тикальная пачка угля, которая либо самообрушается, либо скалы­

способ становится нерентабельным.

нами 2 у почвы и кровли, имеющего качающуюся плиту 3 с торцо­ выми насадками 4, самоориентирующуюся плоскую гидропо­ душку 5, размещенную в амортизационном элементе внутри плиты 3, и автоматический двухпозиционный клапан управления 6, включенный в гидросистему питания насадок и взаимодействую­ щий со стенками прорезаемой в угле щели. Клапан управления 6 имеет специальное приспособление для регулирования шага взаи­ модействия гидроподушки с массивом.

душке. В этом положении вертикальные стенки гидроподушки находятся заподлицо с вертикальными стенками плиты 3.

Плита 3 с помощью вала 7 приводится в колебательное движе­ ние. Тонкие струи воды, вылетающие с большой скоростью из на-

164

садок 4, прорезают в угольном пласте вертикальную щель, отрезая от массива полосу угля необходимой толщины. По мере образова­ ния щели плита 3 вместе с гидроподушкой 5 входит в эту щель. Когда плита 3 войдет в щель на достаточную глубину, то гидро­ клапан управления 6 входит в соприкосновение с внутренней боко­ вой стенкой отрезанной полосы угля, срабатывает, приостанавливает механизм качания и открывает доступ высоконапорной воде к гид­ роподушке 5. Боковые вертикальные стенки гидроподушки под действием высоконапорной воды переместятся в горизонтальном направлении и займут положение, показанное на рис. 69, б. За счет усилия распора, создаваемого стенками гидроподушки между стен­ ками щели, снимаемая полоса, которая при предыдущем проходе исполнительного органа была у почвы и кровли подрезана непод­ вижными насадками 2, отжимается в сторону обнаженной поверх­ ности забоя, разрушается и обрушается на почву и конвейер. Как только произойдет обрушение угля, срабатывает гидроклапан уп­ равления 6, давление воды в гидроподушке 5 падает, часть воды вытекает из нее и перемещающиеся стенки гидроподушки утепля­ ются в плите 3. Все насадки 2 и 4 при этом работают непрерывно, обеспечивая дальнейшую отрезку полосы угля (насадки 4) и под­ резку следующей полосы у почвы и кровли пласта (насадки 2). По мере образования щели и углубления в нее плиты 3 циклы включения гидроклапана управления 6 и гидроподушки 5 будут повторяться до тех пор, пока вдоль забоя не будет снята полоса угля заданной толщины. Отбитый уголь грузится корпусом 8 дви­ жущегося исполнительного органа на конвейер. Затем плита 3 ис­ полнительного органа занимает противоположное положение, и цикл работ повторяется при обратном движении выемочной ма­ шины вдоль забоя.

Г и д р о м е х а н и ч е с к а я в ы е м о ч н а я м а ш и н а МВМ. (рис. 70) конструкции УкрНИИгидроугля состоит из гидромехани­ ческого исполнительного органа, скребкового конвейера, автомати­ ческого шлангоукладчика, привода натяжной головки и маслостанции.

Гидромеханический исполнительный орган состоит из буровой коронки и скалывающей головки. Коронка снабжена четырьмя на­ садками, к которым подводится вода под давлением до 500 кгс/см2. При вращении коронки высоконапорными струями нарезают в угольном целике опережающую щель. Скорость резания 1,7 м/с (39 об/мин буровой коронки). Диаметры применяемых насадок, установленных на исполнительном органе, 2,48 и 2,51 мм, а ширина захвата 450 мм. Специальными резцами щель расширяется до 40—45 мм. При движении исполнительного органа скалывающая головка отбивает уголь по щели и грузит его на конвейер.

165

струями высокого давления 5—7 мг/м3. Выход кусков угля разме­ ром 6 мм не превышал 16%.

В настоящее время модернизированная гидромеханическая вые­ мочная установка МВУ проходит промышленные испытания на гидрошахте «Одесская-Комсомольская» № 2 в Донбассе.

Рис. 70. Гидромеханическая выемочная машина МВМ

В состав установки МВУ входят гидромеханическая выемочная машина МВМ, гидравлическая крепь СПМ-87Д, насосная уста­ новка ШНУ-1 для питания насадок исполнительного органа высо­ конапорной водой (давлением до 500 кгс/см2), вынесенная на штрек подающая часть, шлангоукладчик, электро- и гидрообору­ дование.

Техническая характеристика установки МВУ

Применение агрегатов ГИГ-АГ, ИГД им. А. А. Скочинского и МВУ позволяет осуществить не только комплексную механизацию, но также является основой полной автоматизации и полного пылеподавления всех процессов добычи угля. Относительно низкие

166

процент выхода штыба, энергоемкость разрушения и содержание влаги в добытом угле создают предпосылки для использования этих агрегатов при любой технологии.

§4. ВЗРЫВОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ВЫЕМКА УГЛЯ

ИПОРОД

Взрывогидравлическая выемка может применяться на очень крепких и вязких углях и породах, для которых отсутствуют дру­ гие средства разрушения. В этом случае ослабление угольного мас­ сива и отбойка породы производятся буровзрывными работами, а уборка и транспортирование горной массы ■— с помощью струи гидромонитора.

В очистных забоях некоторых гидрошахт для повышения про­ изводительности гидромонитора гидроотбойке предшествует пред­ варительное ослабление угольного массива взрыванием колонко­ вых рассредоточенных зарядов ВВ в скважинах. Скважинный спо­ соб ослабления значительно экономичнее и безопаснее шпурового.

Сущность этого способа ослабления угольного массива заклю­ чается в следующем. Параллельно линии очистного забоя на всю его длину или на длину вынимаемой заходки бурят скважины. В скважины помещают одну-две нитки детонирующего шнура и колонковые рассредоточенные заряды. В результате взрывания такого заряда массив угля равномерно ослабляется по всей длине скважины. Затем уголь в заходке отбивается струей напорной воды с одной позиции гидромонитора. Заряды ВВ можно взрывать в скважинах как не заполненных, так и заполненных водой под давлением или без давления, что обусловливается степенью водо­ устойчивости ВМ.

Применение гидрозабойки увеличивает эффективность взрыва при прочих равных условиях в два-три раза и снижает выделение ядовитых газов в рудничную атмосферу. Основной недостаток ее применения — повышенное динамическое воздействие на вмещаю­ щие породы, что особенно отрицательно сказывается при произ­ водстве взрывных работ на пластах мощностью менее 1,5 м.

Применение способа ослабления угольного массива взрыва­ нием зарядов ВВ в «сухих» скважинах на гидрокомплексе шахты «Привольнянская-Северная» № 4 в Донбассе позволило повысить

В ИГД им. А. А. Скочинского разработана методика определе­ ния параметров буровзрывных работ для эффективного примене­ ния этого способа.

В соответствии с ней масса заряда ВВ, необходимого для ослабления массива в заходке при наличии гидрозабойки, опреде­

167

где <7вв — удельный расход ВВ, кг/м3; т — вынимаемая мощность пласта, м (1 ^ /п ^ 4);

I — длина скважины, м;

П

1 — ширина ослабляемой полосы (заходки), м. Удельный расход ВВ вычисляется по формуле

<7вв=0,13/с+0,09, кг/м3,

где / — коэффициент крепости угля, определенный методом тол­ чения;

с — поправка на длину скважины, принимаемая в соответст­ вии с данными, приведенными ниже.

со2= (0 ,9 + 0,03) о;,;

шз—(0,75 ± 0,05) coj;

ш4=(0,58 + 0,02) U),;

o>„=(0,58 ± 0,02) со, при п + 10.

При ослаблении угольного массива с отчетливо выраженной трещиноватостью, когда вода проникает в массив, наиболее эф­ фективно взрывать всю заходку в один прием. При ослаблении крепкого, монолитного угольного массива взрывание зарядов не­ обходимо производить сериями, начиная от обнаженной плоскости; при этом скважины, расположенные в одном ряду по мощности пласта, взрываются одновременно.

При использовании стандартных патронов аммонита, диаметре скважин 48—55 мм й коэффициенте крепости / = 0,5ч-2 макси­ мальное расстояние между группами патронов в рассредоточенном заряде при условии, что длина групп не меньше промежутков, их разделяющих:

х = 1 ,1 8 /3 -4 ,79/2+ 5 , 5 / - 1,05, м.

168

Расстояние между зарядами (скважинами):

при расположении по мощности пласта в два ряда

Ь\=(0,5 + 0,04) т, м;

при расположении по мощности пласта в три ряда

^2=(0,35 ± 0,06) т, м.

Необходимое для ослабления полосы (заходки) число скважин

При наличии ложной кровли ширина заходки уменьшается при­ мерно наполовину, а длина может быть принята такой же, как и для широких заходок.

Гидроотбойку ослабленного ВВ угольного массива выгоднее производить, пользуясь насадки больших диаметров при мень­ ших давлениях воды, чем насадками меньших диаметров при боль­ ших давлениях.

Как показала опытная проверка данной методики, степень ослабления угольного массива при оптимальных расходах ВВ на пластах с различными прочностными свойствами практически оди­ накова.

Поэтому производительность гидромонитора при взрывогид­ равлической, очистной выемке угля в заходках размерами 2,3— 2,5X8—10 м можно определить из графика (рис. 71).

С целью совершенствования способа ИГД им. А. А. Скочинского разработан комплекс оборудования, состоящий из буровой колонки, бурового инструмента, автоматического гидрозатвора и гидравлического зарядчика скважин.

Буровая колонка БКП (рис. 72) с механической подачей руч­ ного сверла, питаемого электро-, пневмоили гидравлической

169