WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

«МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛОВЫХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ СТРУГОВЫХ КОМПЛЕКСОВ ...»

-- [ Страница 1 ] --

1

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЮЖНО-РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

(НОВОЧЕРКАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ)»

имени М.И. Платова

На правах рукописи

ТУРУК ЮРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛОВЫХ И КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ

СТРУГОВЫХ КОМПЛЕКСОВ

Специальность 05.05.06 - Горные машины Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научные консультанты:

доктор технических наук, профессор Сысоев Н.И.

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Матвеев В. А.

Новочеркасск – Содержание ведение……… Введение……………………………………………………………………..... Состояние вопроса. Цель и задачи исследования………………………. 1.

1.1 Общая оценка техники и технологии выемки тонких угольных пластов.

Роль, место и особенности струговой выемки..…………………................. 1.2 Анализ существующих механизированных крепей современного технического уровня………………………………………………………….. 1.3 Анализ существующих крепей сопряжения современного технического уровня …………………………………………………………………………. 1.4 Анализ существующих методов расчетов механизированных крепей очистных забоев………………………………………………………………. 1.5 Выводы. Цель и задачи исследований…………………………………......... Разработка методов определения силовых и конструктивных 2.

параметров механизированных крепей при струговой выемке…..…… 2.1 Разработка методов определения фактического сопротивления щитовых механизированных крепей…………………………………....……………… 2.2 Разработка методов определения усилия на конце консоли однорядной щитовой секции крепи и в точке приложения силы тяжести участка свежеобнаженной кровли..………………………………………………….. 2.3 Исследование взаимодействия оснований однорядных и двухрядных секций механизированных крепей с породами почвы.…………………. 2.4 Методики и алгоритмы расчетов силовых и конструктивных параметров щитовых механизированных крепей…………………………………………. 2.4.1 Алгоритмы расчета равнодействующих сопротивления щитовых механизированных крепей…………………………………………………… 2.4.2 Алгоритмы расчета контактных давлений, передаваемых на почву пласта основаниями секций щитовой крепи……………………………….. 2.4.3 Алгоритмы расчета усилия на конце консоли перекрытия от направления приложения усилия углового гидродомкрата и в точке приложения силы тяжести участка свежеобнаженной кровли……………. 2.5 Выводы………………………………………………………………………… Исследования нагруженности механизированной крепи в 3.





движущемся очистном забое и способов крепления сопряжений лав с примыкающими выработками……………………………………………. 3.1 Разработка метода и алгоритма прогноза нагруженности механизированной крепи в движущемся очистном забое ………………… 3.2 Определение необходимого сопротивления консольной части секции щитовой механизированной крепи…………………………………………. 3.3 Исследование способов крепления сопряжения лав с примыкающими выработками…………………………………………………………………. 3.4 Обоснование технических требований к механизированной крепи сопряжения …………………………………………………………………... 3.5 Выводы………………………………………………………………………… Совершенствование существующих и разработка новых струговых 4.

механизированных комплексов...…………………………………………. 4.1 Разработка механизма передвижки струговой секции механизированной крепи…………………………………………………………………………… 4.2 Выбор конструктивных схем и параметров механизированных крепей сопряжения, предлагаемые их конструкции ………………..……………… 4.3 Обоснование технических и технологических требований к системе автоматизированного управления крепью при струговой выемке….……. 4.4 Разработка рекомендаций по совершенствованию существующих и разработке новых струговых механизированных комплексов……………. 4.5 Оценка повышения эффективности стругового механизированного комплекса за счет снижения технологических перерывов, связанных с передвижкой крепи и креплением кровли…………………………………. 4.6 Разработка технических требований на струговый механизированный комплекс………………………………………………………………………. 4.7 Выводы…………………………….………………………………………….. Внедрение результатов работы……………………………………………. Заключение…………………………………………………………………... Литература…………………………………………………………………… Приложение 1……………………………………………………………….. Приложение 2……………………………………………………………….. Приложение 3……………………………………………………………….. Приложение 4……………………………………………………………….. Приложение 5……………………………………………………………….. Приложение 6……………………………………………………………….. Приложение 7……………………………………………………………….. Приложение 8……………………………………………………………….. Приложение 9……………………………………………………………….. Приложение 10…………………………………………………………......... Приложение 11………………………………………………………………. Приложение 12………………………………………………………………. Актуальность работы. Основной задачей предприятий по добыче угля является повышение рентабельности за счет применения прогрессивной техники и технологии. Особенно актуально это для шахт, отрабатывающих тонкие пласты, которые в Российской Федерации составляют около 60% промышленных запасов угля, являющегося высококачественным энергетическим топливом, а также технологическим сырьем в различных отраслях промышленности.





Отечественный и зарубежный опыт, в особенности в Германии, показывает, что наиболее эффективной при отработке тонких пластов является струговая выемка. Наиболее существенным и значительным преимуществом струговой выемки является высокая сортность добываемого угля и возможность существенного снижения, а, как правило - и полного исключения присечек боковых пород, что ведёт к снижению зольности добываемого угля.

Исследованиям проблем комплексной механизации очистных работ посвящены работы многих ученых – Алейникова А.А., Бреннера В.А., Бурчакова А.С., Бурова Г.Г., Бернацкого В.А., Венера К.-Э., Воскобоева Ф.Н., Гетопанов В.Н., Голода А.Б., Глушко В.Т., Глушихина Ф.П., Давыдянца В.Т., Дмитриева А.П., Докукина А.В., Дубова Е.Д., Зиглина А.А., Игнатьева А.Д., Каткова Г.А., Карленкова А.А., Коровкина Ю.А., Кузнецова Г.Н., Кузнецова С.Т., Кияшко И.А., Лаптева А.Г., Луганцева Б.Б., Матвеева В.А., Мышляева Б.К., Ошерова Б.А., Слепцова А.С., Солода В.И., Солода Г.И., Старичнева В.В., Турова А.П., Хорина В.Н., Хове Х., Шемякина Е.И., Широкова А.П., Ягодкина Г.И., Яковлева Н.И., Ямщикова В.С., Якоби О. и других. Выполненные ими исследования явились основой для разработки как комбайновой, так и струговой техники выемки.

В последние годы были разработаны и прошли шахтные испытания струговые комплексы нового технического уровня, однако производственные показатели их эксплуатации оказались на прежнем уровне, а зачастую были даже ниже ранее достигнутых. Главные причины низкой эффективности эксплуатации новых механизированных комплексов заключаются в больших потерях рабочего времени. К ним следует отнести потери рабочего времени, приводящие к низкому коэффициенту машинного времени выемочных машин в самих очистных забоях из-за низкого уровня адаптивности механизированных крепей к изменениям свойств вмещающих пород, а также высокую трудоемкость крепления сопряжений лав с примыкающими выработками.

Практика применения механизированных комплексов в сложных горногеологических условиях показал, что недостаточное внимание уделялось взаимодействию крепи как с кровлей, так и с почвой в экстремальных ситуациях, и не учитывались особенности струговой выемки.

Если породы кровли склонны к вывалам, то в струговых лавах эффективно поддерживать кровлю над вынимаемой полосой угля значительно труднее, чем в комбайновых лавах. Причина заключается в том, что принцип работы струговой установки обуславливает запаздывание крепления одновременно по всей длине очистного забоя.

К конструкции механизированной крепи стругового комплекса предъявляются дополнительные требования в части системы агрегатирования (механизма передвижки), конструкции основания, консольной части перекрытия.

Поэтому необходим более тонкий подход к проектированию механизированных крепей струговых комплексов. Без решения вопросов разработки методов расчета силовых и конструктивных параметров механизированных крепей струговых комплексов дальнейшее развитие струговой выемки невозможно.

Поэтому повышение технической производительности стругового механизированного комплекса на основе комплексного учета взаимосвязи конструктивных и силовых параметров взаимодействия механизированной крепи и крепи сопряжения с вмещающими породами и выемочной машиной в движущемся очистном забое является актуальной научной проблемой.

Цель работы. Разработка методов определения силовых и конструктивных параметров механизированных крепей струговых комплексов с учетом закономерностей их взаимодействия с вмещающими породами и струговой установкой.

производительности стругового механизированного комплекса достигается на основе комплексного учета взаимосвязи конструктивных параметров механизированной крепи и ее силового взаимодействия с вмещающими породами и струговой установкой в движущемся очистном забое.

Научные задачи. В соответствии с поставленной целью в диссертации решались следующие основные задачи:

- разработка методов определения силовых и конструктивных параметров механизированных крепей при струговой технологии выемки;

механизированной крепи в движущемся очистном забое;

- обоснование технических требований и конструкций механизмов передвижки однорядных и двухрядных щитовых секций механизированной крепи;

- обоснование технических требований конструкции механизированной крепи сопряжения при струговой технологии выемки;

- разработка рекомендаций по совершенствованию существующих струговых механизированных комплексов и созданию новых на основе комплексного учета взаимодействия механизированной крепи и крепи сопряжения с вмещающими породами и струговой установкой.

Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий анализ технико-экономических показателей работы очистных забоев и результатов промышленных испытаний механизированных комплексов; статистические методы обработки производственной информации;

натурное исследование функций механизированных крепей и крепей сопряжения при струговой технологии выемки; аналитическое исследование системы крепь – кровля – почва методами теоретической механики и механики горных пород;

математическое моделирование.

Защищаемые научные положения:

механизированного комплекса достигается на основе сокращения затрат времени на непроизводительные операции, связанные с выводом секций крепи из нештатного состояния путем увязки конструктивных параметров механизированной крепи с силовыми параметрами взаимодействия элементов крепи с вмещающими породами и струговой установкой в движущемся очистном забое.

2. Фактическое сопротивление секции крепи зависит не только от сопротивления гидростоек, но и от сил трения, возникающих в их опорах и шарнирах. Учет этих сил объясняет превышение сопротивления однорядной щитовой секции крепи от 12 до 20%, установленное соответствующими стендовыми испытаниями секции крепи в сравнении с результатами расчетов по методике, регламентированной действующим руководящим техническим материалом РТМ.24.007.01.

3. Предельное усилие на конце консоли перекрытия однорядной щитовой секции крепи может быть повышено до 30%, обеспечивая при этом ее устойчивость, за счет применения углового гидродомкрата и выбора рациональных координат установки его опор относительно оси, соединяющей перекрытие с задним ограждением.

4. Выбор типа крепи и параметров основания по критерию давления на почву пласта и при определении рабочего сопротивления секции крепи с учетом вдавливания ее в почву следует производить не по среднему значению как предусматривает ГОСТ Р52152-2003, а по контактному давлению на конце забойной части основания с учетом реальной эпюры распределения напряжений, что исключает возможность проявления потери устойчивости секции крепи.

5. Определения необходимого сопротивления крепи достигается применением усовершенствованной модели прогноза нагруженности на основе уточненной физической картины процесса расслоения кровли пласта при его непрерывной выемке. Расчетные значения данного параметра при этом повышаются до 40 % в сравнении с результатами расчетов по применяемой в настоящее время методике, основанной на рассмотрении статических силовых схем.

6. Необходимое усилие на конце консоли перекрытия струговой секции механизированной крепи для поддержания кровли в призабойной части наиболее точно определяется расчетом с применением сводообразной, а не блочной (как принято) схемы нагружения перекрытия.

Научная новизна работы.

1. Разработаны метод и алгоритм определения фактического сопротивления секции щитовой механизированной крепи с учетом дополнительных сил торможения гидравлических стоек, обусловленных наличием сил трения, возникающих в шарнирах и опорах стоек, что обеспечивает повышение сопротивления однорядной щитовой секции крепи от 12 до 20 %.

Впервые разработан метод расчета рациональных координат расположения опор углового гидродомкрата относительно оси, соединяющей перекрытие с задним ограждением, обеспечивающих максимальную величину усилий на конце консоли перекрытия однорядной щитовой секции крепи, надежное поддержание кровли в бесстоечном пространстве при струговой выемке и сохраняющих устойчивость секции.

3. Разработаны методы и алгоритмы расчета контактных давлений, передаваемых на почву пласта основаниями однорядных и двухрядных щитовых секций механизированных крепей, впервые учитывающие эпюру распределения контактных напряжений и позволяющие устанавливать критерии потери устойчивости секции крепи.

4. Впервые с учетом значительной вариации параметров, характеризующих геомеханические процессы в кровле движущегося очистного забоя, разработаны математическая модель и алгоритм более точного прогноза нагружености механизированной крепи.

5. Впервые предложено величину усилия на конце управляемой консоли перекрытия секции механизированной крепи стругового комплекса определять в зависимости от действия веса обрушенных пород кровли при сводообразной схеме нарушения, как адекватно описывающей наиболее тяжелые условия работы крепи, и принимать ее в качестве расчетной. В сравнении с аналогичной величиной, регламентируемой ГОСТ Р52151 для пластов мощностью до 2 м, рассчитанная таким образом величина усилия на конце управляемой консоли перекрытия почти в два раза выше.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: анализом фактических технико-экономических показателей работы очистных забоев с новой техникой и представительного объема хронометражных наблюдений; применением методов теоретической механики, механики горных пород и расчета балок и плит на упругом основании;

инженерно-техническими проработками и решениями, а также положительными результатами их реализации в опытных образцах механизированных крепей.

Практическое значение работы заключается в разработке:

Методик расчета фактического сопротивления и усилий в рычагах заднего ограждения щитовых механизированных крепей с однорядным и двухрядным расположением стоек.

Методик расчета усилий консольной части однорядной щитовой секции крепи.

Методик расчета контактных давлений, передаваемых на почву пласта основаниями однорядных и двухрядных щитовых секций.

Механизмов передвижки однорядной щитовой секции крепи с основанием катамаранного типа и двухрядной щитовой секции крепи со сплошным жестким основанием.

Крепи сопряжения для работы в выработках, сохраняемых для повторного использования.

Методики прогноза нагружености механизированной крепи в движущемся очистном забое.

Технических заданий на усовершенствованный струговый механизированный комплекс и крепь сопряжения для работы в выработках, сохраняемых для повторного использования.

Реализация работы. Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова «Интенсивные ресурсосберегающие методы и средства разработки угольных пластов, использование углей и охрана труда».

Основные положения и результаты диссертационной работы использованы ОАО «ШахтНИУИ» при разработке технических требований на комплекс очистной механизированный струговый МКС с участием автора.

По разработанным методикам определены оптимальные параметры секции крепи КС и крепи механизированной 2КТК в части управляемой консоли перекрытия, расположения углового гидродомкрата и основания.

Головной образец секции крепи КС изготовленный ООО «Шахтинский завод горного оборудования» прошел стендовые испытания. На прошедшей в г.

Кемерово Международной выставке-ярмарке «Экспо-Уголь 2003» крепь механизированная струговая КС удостоена Диплома II степени.

Изготовленный опытный образец крепи механизированной 2КТК прошел приемочные испытания в составе комплекса 2МКС216 в условиях ОАО «ШУ «Обуховская» и рекомендован к серийному производству.

На прошедшей в июне 2005 г. в г. Новокузнецке кузбасской ярмарке «Уголь России и Майнинг 2005» крепь механизированная 2КТК удостоена Диплома.

Разработано и утверждено ОАО «ШахтНИУИ» техническое задание на усовершенствованный струговый механизированный комплекс.

конструкторскими организациями и профильными заводами угольного механизированных крепей поддерживающе-оградительного типа.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность первому научному консультанту докт. техн. наук, профессору, заслуженному деят. науки РФ В.А. Матвееву, коллективу кафедры «Технология и комплексы горных, строительных и металлургических производств», коллективу кафедры «Строительство и техносферная безопасность» Шахтинского института (филиала) ЮРГПУ (НПИ) им. М.И. Платова, коллективу СКБ ЗАО «Ростовгормаш», а также сотрудникам ШахтНИУИ генеральному директору докт. техн. наук Луганцеву Б.Б., канд. техн. наук Ошерову Б.А., канд. техн. наук Файнбурду Л.И., канд. техн.

наук Беликову В.В. за оказанную поддержку и ценные указания методического и научного характера на различных этапах исследований.

1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования 1.1. Общая оценка техники и технологии выемки тонких антрацитовых пластов. Роль, место и особенности струговой выемки.

Одной из основных задач угледобывающих шахт Российской Федерации является повышение их экономической эффективности за счет интенсивного внедрения новых прогрессивных технологий и техники подземной добычи угля.

Особенно остро этот вопрос стоит для шахт, имеющих значительные подготовленные запасы или отрабатывающих особо ценные угли на тонких пластах.

Так, в Кузнецком бассейне более 30% промышленных запасов наиболее ценных коксующихся углей находятся на тонких пластах, из них к настоящему времени более 40 млн. тонн подготовленных запасов. На шахтах Российского Донбасса доля промышленных запасов антрацитов на тонких пластах составляет более 75%.

Основными составляющими повышения экономической эффективности выемки тонких пластов являются:

- улучшение качества добываемых углей за счет увеличения сортности и исключения присечек боковых пород;

- снижение доли затрат на подготовительные работы и концевые операции;

- обеспечение нагрузки на лаву более 3000 т/сутки.

Наиболее распространенная в настоящее время комбайновая технология ведения очистных работ зачастую ставит забои на тонких пластах в разряд недостаточно эффективных из-за низких нагрузок [1, 2].

Наглядным свидетельством этого являются показатели работы очистных забоев ряда шахт Российского Донбасса. Так на шахтах ОАО «Гуковуголь» в 2007г.г. эксплуатировались комбайновые комплексы в составе комбайна KGS245 и крепи 3КД90Т с нагрузкой 1544 т (шахта «Алмахная»), комбайна МВ320Е и крепи КМР с нагрузкой 1108 т (ОАО «ШУ «Обуховская»), комбайна УКД250 и крепи 1КД80 с нагрузкой 849 т (шахта «Замчаловская), комбайна МВ280Е и крепи 2КД90Т с нагрузкой 1124 т (шахта «Дальняя).

Известно, что основными техническими и экономическими преимуществами струговой выемки в сравнении с комбайновой являются:

- возможность повышения концентрации горных работ, достижение высоких темпов подвигания линии очистного забоя и получения за счет этого высоких нагрузок на забой;

- повышение качества добываемого угля за счет увеличения сортности и снижения зольности;

- более высокая ремонтнопригодность за счет вынесения приводов в прилегающие горные выработки;

- более высокая безопасность при отработке пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа.

Несмотря на доказанную на практике высокую эффективность, в последние десятилетия струговая выемка на шахтах Российской Федерации применяется в ограниченном объеме. Основными причинами такого положения являются:

- прекращение добычи угля на шахтах Российского Донбасса с наибольшим объемом струговой выемки;

- недостаточная информированность работников угольных шахт и проектных организаций о преимуществах и недостатках струговой выемки, об условиях применения струговых комплексов, технических характеристиках современных струговых механизированных комплексов;

- отсутствие механизированных крепей, наиболее полно отвечающих струговой выемки;

- прекращение серийного выпуска струговых комплексов российскими заводами [3].

В 1973 году бригада дважды Героя Социалистического Труда М.П. Чиха имела наивысшие показатели в угольной промышленности страны по объему добываемого угля, добыв за 31 рабочий день 237203 т антрацита из одной лавы, оборудованной струговым комплексом 1МКС. Максимальная добыча за сутки составила 8135 т [4,5].

В последние годы нагрузки на струговые комплексы при выемки пластов мощностью 0,85-1,5 м изменялись в пределах от 1000 до 2200 т/сут и при прочих равных условиях превосходили нагрузки на комбайновых комплексах [3].

Так в период с декабря 2006 года по январь 2008 года на шахте «Северная»

ОАО «Воркутауголь» в лаве №312-з эксплуатировался струговый механизированный комплекс КМС-ДБТ в составе механизированной крепи Ostzoj 065/14 (Чехия), оснащенный системой автоматизированного управления крепью РМС-R фирмы ДБТ (Германия) и струговой установкой типа GH 5.7N/9-38ve фирмы ДБТ [6].

Средняя нагрузка на лаву по угольной пачке при мощности пласта 0,9 м составила около 1000 т/сут, при этом наилучшие показатели были достигнуты в октябре 2007 г. – средняя нагрузка составила 1258 т/сут. За весь период эксплуатации с нагрузкой более 1500 т/сут лава работала 17 дней, из них 3 дня с нагрузкой более 2000 т/сут.

Практически с самого начала эксплуатации стругового комплекса КМСДБТ выемка угля велась с присечкой пород кровли, при этом фактически вынимаемая мощность пласта изменялась от 1,05 до 1,25м.

В 1996 г. на шахтах ОАО «Ростовуголь», ОАО «Обуховская» и ОАО механизированные комплексы 1МКД90СО, 1МКД90СН, «Дон-Фалия» и КМ137СХБ [7].

горнотехническим условиям эксплуатации, так и по достигнутым результатам, явились приемочные испытания струговых комплексов 1МКД90СО со струговой установкой СО90У, проводившиеся на шахте «Майская» ОАО «Ростовуголь», и 1МКД90СН со струговой установкой СН96, проводившиеся на шахте ОАО «Обуховская».

Испытания комплекса 1МКД90СО на шахте «Майская» проводились в лаве №1017 с декабря 1995 г. по октябрь 1996 г. Лава длиной 192 м отрабатывала пласт i21 мощностью 1,17 м с сопротивляемостью угля резанию 190 кН/м и со сложными горно-геологическими условиями. В центральной части выемочного столба была встречена зона утонений, раздувов и мелких внутрипластовых размывов угольного пласта. В пределах этой зоны мощность угольного пласта изменялась от 0,2-0,4 м до 1,7-1,8 м. При этом прохождение утонений производилось с применением БВР [8]. За период испытаний добыто 172118 тонн угля, при этом среднесуточная нагрузка на лаву, при работе без крупных горно-геологических нарушений пласта, составляла 1342-1450 т/сутки при среднем коэффициенте машинного времени 0,15 и простоях на подземном транспорте 21,1% времени. Максимальная суточная нагрузка составила т/сутки [1, 9, 10, 11].

Испытания комплекса 1МКД90СН на шахте ОАО «Обуховская»

проводились в лаве №3008 с марта по декабрь 1996 года. Лава отрабатывала пласт k2 мощностью 0,9-1,4 м с сопротивляемостью угля резанию 220- кН/м и с неблагоприятными горно-геологическими условиями. Особенно осложняли работу струга, и прохождение секций крепи повсеместно встречающиеся мелкоамплитудные взбросы угольного пласта мощностью 0,1-0,2м, образующие «пороги» в почве через 3-7 м по падению пласта. За период испытаний добыто 187738 тонн угля, при этом среднесуточная нагрузка на лаву при работе без существенных горно-геологических нарушений пласта составила 1230т/сутки при среднем коэффициенте машинного времени 0,1 и простоях на подземном транспорте 29,2% и по организационным причинам (отсутствие доставки людей) 20,6% времени. Максимальная суточная нагрузка составила т/сутки.

Удельный вес добычи угля с применением струговой выемки в Германии в 1990 году достигал 67%, в Чехии – 23%, в СССР – 5,3% [3].

По укрупненной оценке на действующих шахтах Российской Федерации рекомендуемая область применения струговой выемки угля включает шахтопласта с промышленными запасами 665 млн. т. [3].

Это составляет примерно 30% запасов углей на пологих угольных пластах, залегающих в основных бассейнах Российской Федерации. Основной объем запасов, пригодных к струговой технологии выемки угольных пластов находится в Кузбассе и составляет 364,4 млн. т. (или 54,8% от общего объема запасов). На долю Российского Донбасса приходится 221,2 млн.т. (33,3%).

Кроме этого на шахтах Кузбасского, Воркутинского бассейнов и района Восточного Донбасса многие из пластов мощностью 0,85-2,0 м не вскрыты горными работами или плохо разведаны и горно-геологические условия залегания которых практически не изучены.

В настоящее время наиболее широкое применение струговая вемка получила на шахтах Украины.

Так в 2011 году в соответствии с программой развития струговой техники на шахтах Украины в работе находилось 15 очистных забоев с использованием струговой технологии выемки [12].

На шахтах Министерства энергетики и угольной промышленности работало 7 очистных забоев, из них 3 очистных забоя были оснащены механизированными крепями (МК98 и МКД80).

На предприятиях негосударственной формы собственности работало очистных забоев. Используемое очистное оборудование было представлено украинской (УСТ2М, 1СН99) и зарубежной техникой (RHH42, GH800). В трех очистных забоях применялась механизированная крепь фирмы ДБТ. В таблице 1. представлены показатели работы лав, оборудованных механизированной крепью фирмы ДВТ и струговыми установками RHH42 и GH800 [12].

Основное отличие струговой выемки от комбайновой выемки заключается в способе отделения угля от массива. В настоящее время на шахтах применяются в основном узкозахватные комбайны со шнековым исполнительным органом, траектория движения резцов которого сочетает комбинацию вращательного и прямолинейного движения. В результате резцы шнека отделяют от угольного массива серповидную стружку толщиной от 0 до 0,05-0,10 м [4].

Таблица 1.1 - Показатели работы лав, оборудованных механизированной крепью фирмы ДВТ и струговыми установками RHH42 и GH800.

«Покровское»

При использовании струговой выемки ширина захвата и толщина стружки совпадают. Стружка снимается по напластованию угольного пласта. При этом толщина стружки колеблется в узких пределах. При узкозахватной комбайновой выемке исполнительный орган производит отделение угля на глубину захвата, величина которой больше глубины зоны отжима. Поэтому большая часть резцов шнеков работает в неотжатой зоне пласта с высокими значениями сопротивляемости его резанию.

При струговой выемке исполнительный орган снимает стружку в наиболее отжатой части пласта и поэтому процесс выемки угля по сравнению с комбайновым менее энергоемок.

Практика показала, что при т струговой выемке благодаря малому захвату и более равномерному смещению кровли и пласта заметно снижается вероятность проявления горных ударов и выбросов угля и газа в очистных забоях. Это является существенным преимуществом при отработке пластов с обильным газовыделением и опасных по внезапным выбросам угля и газа [3].

На маломощных пластах скорость подачи комбайна и следовательно производительность ограничена:

- погрузкой отбиваемого угля на конвейер через частично перекрытое корпусом приводного редуктора погрузочное окно;

- пропуском угля в зазор между корпусом комбайна и днищем рештака.

При струговой выемке производительность струга определяется только толщиной стружки и производительностью конвейера.

Наиболее существенным и значительным преимуществом струговой выемки является высокая сортность добываемого угля и возможность существенного снижения, и, как правило и полного исключения присечек боковых пород, что ведет к снижению зольности добываемого угля.

Проведенные в Российском Донбассе исследования [3] показали, что выход крупно-средних сортов антрацита при струговой выемке по сравнению с комбайновой повышается на 20%.

При этом установлено, что замена комбайна стругом даже при отсутствии мероприятий по предотвращению переизмельчения угля на транспортной цепочке, позволяет повысить оптовую цену 1т угля на 4-5%, что в масштабах шахты, а тем более, акционерного общества, дает существенный экономический эффект [13].

Кроме этого отечественный и зарубежный опыт, в особенности в Германии, показывает, что наиболее эффективной при отработке тонких пластов в диапазоне изменения их мощности от 0,85 до 1,5м является струговая выемка [14, 15, 16, 17].

Кроме того, она имеет значительные резервы в увеличении производительности очистного забоя за счет повышения коэффициента машинного времени.

Основными техническими и экономическими преимуществами струговой выемки перед комбайновой являются:

- низкая энергоемкость выемки;

- более высокие нагрузки на очистной забой, в частности, рекордные нагрузки на лаву при мощности пластов до 1,0 м свыше 8000 т/сутки; 1,2 м – 16000 т/ сутки, а 1,3-1,4 м до 21000 т/сутки, что значительно выше, чем рекорды комбайновой выемки [3];

- повышение на 4-5% цены отгружаемого угля за счет снижения его зольности и повышения содержания крупно-средних сортов;

- облегченное техническое обслуживание и более высокая безопасность работ в показателях, отнесенных к 1000 т добытого угля;

- значительное снижение вероятности возникновения газодинамических явлений на выбросоопасных и удароопасных пластах.

Разработке струговых механизированных комплексов способствовали исследования специалистов Шахтинского научно-исследовательского и проектноконструкторского угольного института (ОАО «ШахтНИУИ»), института горного дела им. А.А. Скочинского, Гипроуглемаша, Донгипроуглемаша, Московского государственного горного университета, фирм ДВТ (Германия), Острой (Чехия), Глиник (Польша).

механизированных комплексов внесли О.Б. Батин, А.Б. Голод, А.В. Докукин, В.Т.

Давыдянц, А.Д. Игнатьев, А.А. Карленков, В.В. Косарев, Г.А. Катков, Б.Б.

Луганцев, А.Г. Лаптев, В.А. Матвеев, Б.К. Мышляев, Б.А. Ошеров, Э.Д.

Подольский, А.С. Слепцов, В.В. Старичнев, В.Н. Хорин и другие.

В 1971 г. Шахтинский научно-исследовательский и проектноконструкторский угольный институт (ШахтНИУИ) стал головным в угольной отрасли по созданию струговой техники для выемки тонких угольных пластов. За истекший период институтом было создано три поколения струговых установок и комплексов.

Несмотря на то, что по своему конструктивному исполнению все струговые установки состоят из одних и тех же основных узлов и элементов, их конструктивные схемы имеют принципиальные различия. К таким различиям, в частности относятся расположение тягового органа по отношению к конвейеру струговой установки и конструкция исполнительного органа, что в конечном счёте и обуславливает деление струговых установок по типам [3].

Существует три основные типа струговых установок: отрывные, скользящие и комбинированные.

Характерные особенности струговых установок отрывного типа «Райсхакенхобель», различных модификаций СО заключаются в том, что тяговый орган располагается со стороны выработанного пространства, а исполнительный орган снабжен опорной плитой, движущейся по почве пласта.

Такая конструкция позволяет производить выемку угля в весьма тонких и тонких пластах обеспечивает удобство и безопасность работ по обслуживанию тягового органа. К недостаткам таких конструкций относятся отжатие рештачного става при проходе струга, несколько ограниченная область применения отрывных установок по сопротивляемости пласта резанию (Ап250 кН/м).

Следует отметить, что в последние годы специалистами ФРГ и РФ найдены технические решения, позволяющие струговым установкам отрывного типа работать практически без отжатия рештачного става от забоя (система «Швертхобель»), что существенно повышает технический уровень струговых установок.

На рисунке 1.1 представлена, разработанная ОАО «ШахтНИУИ) установка струговая 2СО3413 отрывного типа среднего класса, предназначенная для механизации основных производственных процессов по добыче и транспортированию угля в лавах длиной до 250 м с мощностью пласта 0,9-1,5 м, с углами падения по простиранию до 25, по восстанию – до 12, по падению – до 5, с сопротивляемостью угля резанию до 250 кН/м при минимальной мощности пласта и не более 125 кН/м при максимальной мощности пласта с энерговооруженностью 1000 кВт.

Характерные особенности струговых установок скользящего типа «Гляйтхобель», различных модификаций СН, С700 – Республика Украина, PL – Чехия заключается в том, что тяговый орган располагается с забойной стороны конвейера, а исполнительный орган не имеет опорной плиты и перемещается по специальной наклонной направляющей, закрепленной на забойной стороне конвейера.

1 – струг, 2 – цепь струга, 3 – орошение, 4 – гидрооборудование, 5 – стол гидрофицированный, 6 – привод струга, 7 – электрооборудование, 8 – привод струга, 9 – конвейер.

К достоинствам таких установок относится практически полное отсутствие отжима конвейера во время работы струга и более широкая область применения по сопротивляемости углей разрушению (до 300 кН/м) в сравнении с установками отрывного типа. К недостаткам – снижение безопасности и повышение трудоемкости при обслуживании тягового органа, а также увеличение металлоемкости, а следовательно, и стоимости в сравнении с установками отрывного типа. Кроме того, особенности конструкции не позволяют использовать такие установки для выемки весьма тонких пластов.

На рисунке 1.2 представлена установка струговая 2СН3413 скользящего типа, среднего класса.

Установка предназначена для механизации основных производственных процессов по добыче и транспортированию угля в лавах длиной до 250 м с мощностью пласта 0,85-1,4 м, с углами падения пласта при работе по простиранию не более 25, по восстанию – не более 12, по падению – не более 8, с сопротивляемостью пласта резанию не более 300 кН/м, с энерговооруженностью приводов 1000 кВт.

Характерные особенности струговых установок комбинированного типа «Гляйтшвертхобель», 3СКП заключается в том, что тяговый орган располагается со стороны выработанного пространства, а исполнительный орган снабжен опорной плитой, движущейся по специальной направляющей, расположенной между почвой пласта и конвейером.

К достоинствам таких установок относится широкая область применения по сопротивляемости угля резанию, как и у установок скользящего типа из-за практически полного отсутствия отжима конвейера при работе струга, удобства и безопасность работ по обслуживанию тягового органа, т.к. последний расположен со стороны выработанного пространства, как в установках отрывного типа. К недостаткам следует отнести еще большую металлоемкость, чем у установок скользящего типа.

1 – конвейер, 2 – электрооборудование, 3 – стол гидрофицированный, 4 – привод струга, 5 – цепь струга, 6 –гидрооборудование, 7 – орошение, 8 – исполнительный орган (струг).

Струговые установки комбинированного типа не нашли широкого применения на шахтах угледобывающих стран. Опыт применения такого струга в РФ тоже нельзя признать успешным.

В 1992-1995 г.г. ШахтНИУИ приступил к разработке струговых комплексов нового (по тем временам) технического уровня на базе крепи КД90 (стругового варианта 1КД90С) и струговых установок СО90У и СН96, выполненных на базе конвейера типа CПЦ271.

высокопроизводительной и надежной струговой техники, охватывающей все разнообразие горно-геологических и горнотехнических условий шахтопластов Ростовского региона в диапазоне мощности 0,8-1,5м.

Перечисленные выше комплексы имеют высокую степень унификации по:

крепи 1КД90С; рештачному ставу конвейера и в значительной степени по основным и переходным рамам; приводным блокам, включая электродвигатели;

системам электропитания, контроля и автоматизации управления;

гидрофицированным столам и распорным устройствам; системам орошения и некоторым другим сборочным единицам.

В зависимости от типа входящих в их состав струговых установок (СО90У, СН96 или 3СКП) комплексы различаются исполнительными органами, навесным оборудованием, системами агрегатирования со средствами удержания от сползания струговых установок и их управления в вертикальной плоскости, применяемостью по сопротивляемости пласта резанию и сопротивлению пород почв на вдавливание.

В течение 1995-1997 гг. на шахтах Восточного Донбасса прошли промышленные испытания разработанные в ОАО «ШахтНИУИ» и изготовленные ОАО «Каменский машзавод» совместно с ОАО «Шахтинский машзавод»

струговые комплексы 1МКД90СО, 1МКД90СН, 1МКД90СК и 1МКД90СН-40 в составе крепи 1КД90С (струговое исполнение крепи КД90) и струговых установок нового технического уровня СО90У, СН96 и 3СКП.

Машины и оборудование комплексов типа МКД90С связаны определенной технологической последовательностью выполнения операций при добыче угля и имеют кинематические связи, определяющие его работу как единого агрегата.

Кинематической базой для всех машин и оборудования служит рештачный став забойного конвейера.

Секции крепи имеют шарнирную связь с забойным конвейером, который осуществляет силовую связь между секциями крепи при их передвижке с опорой на соседние секции.

осуществляются гидрофицированными столами.

Корректировка положения струговой установки вдоль забоя относительно крепи производится устройством корректирующим.

регулировкой почвенных резцов струга, а также активным воздействием на рештачный став при помощи специальных устройств.

комплексов со струговыми установками отечественного и зарубежного производства были рассмотрены 18.09.1996 г. компанией «Росуголь» (протокол №13-23/22).

Одним из главных сдерживающих факторов внедрения и эффективного использования струговых механизированных комплексов агрегатированного типа являлось отсутствие специализированной струговой механизированной крепи, обеспечивающей:

- постоянное силовое взаимодействие с базой струговой установки. При этом механизм передвижки секции крепи и система агрегатирования должны обеспечивать возможность отжатия конвейера при проходе струга;

- необходимость прижатия исполнительного органа (струга) к забою строго определенным для каждых условий усилием;

- управление базой и стругом в вертикальной плоскости пласта;

- разворот фронта лавы на 10-12;

- взаимоориентирование конвейера струговой установки и секций крепи в направлении передвижки при незаряженной последовательной паевой схеме передвижки.

Весь комплекс этих условий невозможно выполнить на секции крепи, предназначенной для работы по комбайновой технологии.

Создание струговых механизированных крепей для струговых комплексов в Германии и Чехии подтверждает выше изложенное.

Длительный опыт применения струговой выемки на опасных по выбросам и горным ударам позволил установить, что струговая выемка не приводит к полному исчезновению выбросов угля и газа и горных ударов.

В решении задачи выемки опасных по выбросам и ударам пластов интерес представляет предложение ОАО «ШахтНИУИ» по созданию техники и технологии стругово-комбайновой выемки угольных пластов.

Создание стругово-комбайнового комплекса позволит снять все ограничения по области применения струговой выемки. Выемка щели щеленарезным комбайном в верхней части пласта позволит использовать струговую выемку на пластах с необрушающейся верхней пачкой, произведет разгрузку пласта, а значит значительно снизит крепость угля в зоне работы струга, что позволит работать струговым установкам на пластах с крепостью угля до 450 кН/м. Образование щели в верхней части пласта позволит применить струговую технологию выемки там, где происходит замещение пласта или имеются в нем твердые включения.

На рисунке 1.3 представлен стругово-комбайновый комплекс СКК.

Сущность стругово-комбайновой технологии выемки угля заключается в том, что выемка в очистном забое ведется двумя выемочными машинами: 20-30% мощности пласта вынимаются щеленарезным комбайном, а большая часть угольного пласта вынимается струговой установкой. Струговая установка имеет направляющие, по которым передвигается щеленарезной комбайн. Выемка пласта или слабой породы по напластованию практически без затрат энергии на их переизмельчение и погрузку обеспечивает более низкую по сравнению со шнековыми комбайнами энергоёмкость выемки [18, 19, 20, 21, 22].

Рисунок 1.3 – Стругово-комбайновый комплекс СКК.

Стругово-комбайновый комплекс СКК представляет собой комплекс механизированная крепь, станции расположения приводов: столы или распорные устройства), объединенного по единому технологическому процессу, обеспечивающему механизацию выемки щели, отбойку, погрузку и доставку горной массы, крепления и управления кровлей в очистном забое при отработке выбросоопасных угольных пластов со сложными горногеологическими условиями.

Для выемки тонких пластов с пласта с частичным или полным замещением боковыми породами ЗАО «Донецксталь-Металлургический завод» разработал быстроходную выемочную машину БВМ Быстроходная выемочная машина БВМ сочетает в себе комбайновую и струговую выемку и предназначена для снижения затрат на преодоление геологических нарушений различной природы, обеспечения нагрузок на очистной забой от 3000 до 5000 т/сут и разрушения породных замещений пласта с прочностью на вдавливание не более 112 МПа (f=8) [23].

Базой БВМ является конвейер струговой установки с системой управления типа «Гляйтхобель».

диаметром 900 мм с захватом 200 мм, размещенный на несущей плите, расположенной под конвейером. Несущая плита аналогична подконвейерной плите исполнительного органа струговой установки RHH42 фирмы ДБТ.

Тяговое усилие на барабан передается круглозвенной цепью калибра 26х92мм, а тяговое усилие подачи передается круглозвенной цепью калибра 38х137мм. Цепь резания размещается по забойной стороне, причем тяговая ветвь открыта, холостая расположена в специальном канале перед забойной направляющей. Обе ветви цепи подачи скрыты в каналах по завальной стороне конвейера как в струговых установках типа «Райсхакенхобель».

Сравнительная оценка технико-экономических показателей струговой установки RHH42 и БВМ подтверждает значительный экономический эффект при разрушении породных замещений [23].

БВМ может работать как с однорядными, так и двухрядными щитовыми поддерживающе-оградительными крепями.

К недостаткам быстроходной выемочной машины БВМ следует отнести не соответствия требованиям правил безопасности в части:

- расстояния от забоя до кромки консоли перекрытия 650-795мм, что значительно больше 300мм;

- открытая рабочая ветвь цепи резания.

На рисунке 1.4 представлена быстроходная выемочная машина БВМ с крепью ДВТ.

Рисунок 1.4 – Быстроходная выемочная машина БВМ с крепью ДВТ.

В характеристиках струговых установок максимально допустимое значение сопротивляемости угля резанию в неотжатой зоне пласта составляет 250-300 кН/м [3]. Для выемки крепких углей из тонких пластов в Южно-Российском государственном политехническом университете (НПИ) им. М.И. Платова разработана машина с внезабойным приводом – фрезерно-струговая установка [24, 25].

Фрезерно-струговая установка (рисунок 1.5) состоит из выемочной машины, включающей исполнительный орган в виде фрезы 1 и нижней части струга 2, механизма вращения диска и подачи выемочной машины 3, лемехоотвальных погрузчиков, нижнего и верхнего приводов, расположенных на приводных головках изгибающегося скребкового конвейера, верхнего приводов конвейера, гидравлического и электрического оборудования, секций механизированной крепи 4.

К достоинствам такой машины следует отнести существенное снижение уровня отжимающей от забоя нагрузки и, как следствие, снижение сил трения в опорах и повышение устойчивости рабочего органа. Механизм фронтального перемещения здесь остается прежним, то есть штатные гидроцилиндры подачи струговой установки. Система продольного перемещения и вращения диска исполнительного органа также в основном идентична струговой системе. Однако в рассматриваемой машине энергию движущейся цепи необходимо разделить на два потока с преобразованием одного из них во вращательное движение.

В состав представленных стругово-комбайнового комплекса СКК, быстроходной выемочной машины БВМ и фрезерно-струговой установки входит механизированная крепь, которая должна соответствовать струговой технологии выемки. Исходя из этого следует, что создание специализированной струговой механизированной крепи является актуальной задачей.

При отработке весьма тонких угольных пластов целесообразна безлюдная технология выемки.

Одной из наиболее перспективных безлюдных технологий отработки тонких угольных пластов является бурошнековая выемка.

Бурошнековые установки (в дальнейшем БШУ) широко применялись в США и последние модели имели высокий уровень технического совершенства, обеспечивающий неплохие технико-экономические показатели работы забоев, прежде всего — по производительности труда.

Отметим, однако, что достигнуто это было на сравнительно мощных пластах с небольшой крепостью угля. В дальнейшем объём применения БШУ снижался, т.к. они не могли обеспечить высокую интенсивность отработки выемочных участков, значительно уступая по производительности комбайновым комплексам. В нашей стране бурошнековая выемка рассматривалась преимущественно как технология для отработки маломощных (0,5 - 0,9 м) пластов, под соответствующие условия велось проектирование и изготовление БШУ.

Такой подход к БШУ сохранился и в настоящее время. Однако наличие значительных пригодных к отработке запасов в целиках угля на действующих шахтах обусловил создание типоразмеров БШУ и для пластов большей (до 1,5 м) мощности.

Рентабельная работа угледобывающих предприятий предполагает низкую себестоимость продукции не только за счет больших объемов добычи, но и при сравнительно небольших её масштабах - на мелких шахтах с немногочисленным штатом работников при высокой производительности труда. Для таких условий БШУ подходят в наибольшей степени, т.к. их использование предполагает:

- минимальную численность рабочих, занятых на добыче (3-4 чел./смену);

- значительно меньшую, в сравнении с традиционными технологиями, стоимость добычного оборудования (в 5-8 раз);

- резкое удешевление процесса добычи (в 2-3 раза) за счет уменьшения потребности в материалах (взрывчатые вещества, эмульсия, запасные части и т.д.);

- повышение уровня безопасности и улучшение условий труда рабочих.

Использование БШУ также решает в принципе задачу оставления в выработанном пространстве породы от проходки подготовительных выработок.

Применение БШУ на антрацитовых пластах сдерживается невозможностью производительного направленного выбуривания таких пластов скважинами большой длины, обусловленное прежде всего высокой крепостью угля.

Крупным шагом в решении названной выше проблемы явилось создание бурошнекового комплекса безлюдной выемки (КБВ) «Вектор» (рисунок 1.6), технические возможности которого, прежде всего энерговооруженность, позволяют эффективно разрушать угли с сопротивляемостью резанию до кН/м [26, 27, 28, 29].

1 – машина бурошнековая; 2 – бур шнековый; 3 – пульт управления; 4 – выносные пульты; 5 – устройства перемещения машины; 6 – энергоустановка; 7 – насосная установка; 8 – устройство перемещения энергоустановки; 9 – система вентиляции;

10 – оборудование для доставки и наращивания шнеков.

Рисунок 1.6 – Комплекс безлюдной выемки «Вектор».

Приемочные испытания бурошнековой установки КБВ «Вектор» проходили на шахте «Аютинская» ООО «Уголь-ЗУМК» [30].

С 04.07.05 по 26.07. 05 г. были проведены хронометражные наблюдения при прохождении комплексом КБВ скважин № 10 и 12 на длину 95,1 м каждая. Общая продолжительность хронометражных наблюдений составило 25 смен, за этот период отработано 85 чел. смен.

Анализ хронометражных наблюдений показал, что время эффективной работы комплекса по выемке угля из скважины составляло 12,1 %. На основные операции технологического цикла затрачивалось 50,4%, на вспомогательные операции технологического цикла – 23,1%. Простои составили 25,5%. Основные простои (17,9%) связаны с уходом исполнительного органа в почву или кровлю пласта скважины. Это было вызвано неэффективной системой управления исполнительным органом в вертикальной плоскости.

Анализ хронометражных наблюдений показал, что комплекс имеет резервы повышения производительности за счёт сокращения времени на вспомогательные и основные операции путём подготовки отрабатываемого участка в соответствии с технологией выемки и за счёт повышения квалификации оператора по управлению комплексом.

Приёмочные испытания позволили выявить следующие конструктивные недостатки:

- неэффективное управление буровыми коронами в вертикальной плоскости;

- недостаточная надёжность замковых соединениё шнековых буров;

- повышенный износ резцедержателей из-за неправильной установки резцов;

- нарушена соосность привода вращателя со шнековым ставом;

- низкая надёжность редуктора режущей части [30].

Стругово-комбайновый комплекс СКК, быстроходная выемочная машина БВМ и фрезерно-струговая установка находятся на стадии разработки и выводы о их работе будут представлены после проведения приемочных (шахтных испытаний). Применение БШУ в соответствующих условиях возможно в случае исправления конструктивных недостатков и доведения до достаточного уровня надежности основных узлов и агрегатов.

Поэтому из анализа существующего положения можно сделать вывод, что в решении проблемы повышения эффективности добычи угля из тонких угольных пластов большие потенциальные возможности имеет струговая технология выемки.

Из основных результатов приёмочных испытаний отечественных и импортных струговых комплексов (см. табл. 1.2) следует, что по показателям интенсивности выемки антрацитов струговые комплексы отечественного производства не уступают, а в ряде случаев, при прочих равных условиях, превосходят показатели работы струговых комплексов со струговыми установками производства фирм Германии [9].

эффективности работы струговых комплексов зависит от потерь рабочего времени на внезабойных процессах, которые составляют 33-50%. При этом простои из-за неполадок с доставочными механизмами и на подземном транспорте составляют 11,6-29,2%.

Простои лав с отечественными струговыми установками СО90У и СН96 изза отказов оборудования очистного забоя были ниже, чем в лавах с установками производства фирм Германии и составляли соответственно 3,2-4,4% и 4,1-6,3%.

По результатам испытаний установлено, что ощутимую часть общих затрат рабочего времени составляют затраты на крепление и управление кровлей (манипуляции с секциями крепи и уборка обрушающихся пород), которые не совмещаются с процессом выемки угля и отражены в хронометражных картах. Но совмещаются с процессом выемки и простоями по внешним причинам и отдельно не фиксируются хронометражными наблюдениями: освобождение зажатых секций, корректировка их положений и положений перекрытий, выход из «запахивания» в почву и др. Эти затраты значительно увеличивают трудоемкость непроизводительные потери рабочего времени.

Таблица 1.2 - Сравнительный баланс рабочего времени при работе комплексов типа МКД и «Дон-Фалия».

Затраты рабочего времени ш. «Майская»

Общая продолжительность наблюдений, мин/% Необходимые затраты времени, %, в том числе:

Подготовка лавы к следующему технологическому циклу (передвижка секций) Техническое обслуживание оборудования лавы Потери рабочего времени, % в том числе:

Простои из-за отказов числе:

Простои из-за неполадок с на подземном транспорте Простои из-за ожидания срыва земника Простои из-за работ, не предусмотренных породы на сопряжении, крепление сопряжений) Простои по организационным доставки людей) Срезание и замена предохранительных пальцев Доля задержек крепления является самым убыточным видом простоя.

Важнейшей причиной задержки крепления являются трудности при управлении кровлей. Задержка крепления возникает, прежде всего, при наличии неустойчивой кровли, прохождения геологических нарушений, больших колебаниях мощности пласта, слабой почвы. Также условия и характер работы стругового выемочного комплекса предъявляют дополнительные требования к системе стабилизации положения конвейерного става струговой установки относительно механизированной крепи и подготовительных выработок.

Так при эксплуатации струговых комплексов 1МКД90СО и 1МКД90СН выявлен ряд недостатков связанных с механизированной крепью 1КД90С, существенно снижающих эффективность их эксплуатации в определенных горногеологических условиях [31]:

- низкое значение сопротивления секции крепи при предварительном распоре давлением 26 МПа приводило к расслоению и сдвигу пород кровли, а также образованию заколов у забоя, что приводило к снижению устойчивости первичных обнажений кровли;

- секции четырехстоечной двухрядной щитовой крепи 1КД90С имеют наибольшую конструктивную длину около 5400 мм, что приводит к их заклиниванию при переходе геологических нарушений (порогов в почве и кровле пласта) на нижнем пределе по мощности пласта и значительным простоям из-за проведения работ по их высвобождению;

- конструкция основания секции крепи не обеспечивает эффективной работы на слабой почве, так как в следствии высоких удельных давлений на передней кромке основания при передвижке секции крепи происходило либо её «запахивание» в слабую почву, либо выдавливание и бульдозирование слабой почвы перед секцией.

При этом существенное влияние на снижение показателей работы КМЗ оказало несоответствие механизированных крепей горно-геологическим условиям.

Для выбора механизированной крепи необходим надежный прогноз проявления горного давления в подготовленном к выемке столбе.

Следует отметить, что анализ результатов испытаний и опыт работы струговых механизированных комплексов в СССР, когда для струговой выемки приспосабливались крепи, разработанные для комбайновой технологии, в которых не учитывались все особенности их взаимодействия со струговым оборудованием показал, что для эффективного их использования необходимо создание специализированной струговой механизированной крепи [12, 31].

Особенности взаимодействия механизированной крепи и струговой установки заключаются в обеспечении:

- постоянного силового взаимодействия с базой струговой установки, при этом механизм передвижки секции крепи, и система агрегатирования должны обеспечивать возможность отжатия конвейера при проходе струга;

- прижатия исполнительного органа (струга) к забою строго определенным для каждых условий усилием;

- управления базой и стругом в вертикальной плоскости пласта;

- разворота фронта лавы на 10-12;

- взаимоориентирование конвейера струговой установки и секций крепи в направлении передвижки при незаряженной последовательной схеме передвижки.

Кроме этого на снижение показателей работы КМЗ оказывают влияние простои из-за работ, не предусмотренных технологией струговой выемки: уборка породы на сопряжении и крепление сопряжений, которые могут составлять в отдельных очистных забоях 11,8 – 21,2 % (табл. 1.2). В представленных в таблице осуществлялось металлическими стойками постоянного и нарастающего сопротивления и гидравлическими стойками. Приводы струговых установок располагались в прилегающих к лаве выработках на столах гидрофицированных СО75С и ДФС, которые обеспечивали их передвижку и удержание струговых установок от сползания.

Для обеспечения благоприятных и безопасных условий работы очистных забоев, снижении простоев и трудоемкости крепления сопряжений в соответствии с параграфом 162 «Правил безопасности на угольных шахтах» сопряжения очистных выработок с откаточными (конвейерными) и вентиляционными штреками (бремсбергами, уклонами, ходками и др.) должны быть закреплены механизированной передвижной крепью. Применение другого вида крепи допускается как исключение, при невозможности применения механизированной передвижной крепи. Конструкция специальных видов крепи сопряжения должна пройти экспертизу промышленной безопасности, после чего утверждается техническим руководителем организации и отражается в паспорте выемочного участка.

1.2 Анализ существующих механизированных крепей современного технического уровня.

Основной целью управления горным давлением при ведении очистных работ является регулирование проявлений горного давления в рабочем пространстве очистного забоя и за его пределами таким образом, чтобы при конкретном сочетании горно-геологических и горнотехнических факторов обеспечивалась эффективная и безопасная работа на данном и соседних очистных забоях, охрана прилегающих выработок, защита поверхностных объектов и т.д. [32, 33].

При этом решаются следующие задачи:

безопасность работы, предотвращение вывалообразований и завалов в поддерживаемых очистных и подготовительных выработках;

дополнительных затрат времени на управление кровлей (максимальное совмещение работ по управлению кровлей с процессом выемки);

обеспечение допустимых сдвижений поверхности;

возможность создания разгруженных и защищенных зон в горном эффективное поддержание подготовительных выработок в зоне влияния очистных работ.

Управление горным давлением при механизированной крепи определяется двумя факторами: возможностью механизированной крепи обеспечивать необходимое сопротивление и способностью непосредственной, частично разрушаемой, кровли передавать это сопротивление деформирующимся слоям прочных пород. Основная функция механизированной крепи состоит в поддержании и сохранении целостности непосредственной кровли, то есть предотвращении расслоения и образования вывалов породы в призабойном пространстве, а также в обеспечении требуемой скорости крепления в экстремальных ситуациях.

Существенный вклад в разработку механизированных крепей внесли ученые В.А. Бернацкий, Г.Г. Буров, В.Н. Гетопанов, Г.Н. Голубев, А.В. Докукин, Е.Д.Дубов, Б.М. Дельцов, А.А. Зиглин, Ю.А. Коровкин, С.С. Литвиненко, В.А.

Матвеев, Б.К. Мышляев, В.И. Солод, А.С. Слепцов, А.П. Туров, Л.И. Файнбурд, В.Н. Хорин, О. Якоби и другие.

По способу и характеру взаимодействия с кровлей пласта в комплексномеханизированных очистных забоях механизированные крепи разделяются на три типа: поддерживающие, поддерживающе-оградительные и оградительноподдерживающие [34, 35, 36, 37]. Последние два типа имеют ещё общее название – щитовые.

В настоящее время в мировой практике имеется большое разнообразие конструктивных схем секций механизированных крепей, но при выемке тонких пластов наиболее широкое применение получили однорядные (двухстоечные) и двухрядные (четырехстоечные) щитовые поддерживающе-оградительные механизированные крепи (рисунок 1.7).

Основным достоинством секций щитовой крепи является то, что они воспринимают параллельные напластованию нагрузки, неизбежно возникающие при преодолении вывалов и выступов в кровле без повреждений.

Не менее важным является наличие в таких крепях связей между перекрытием и основанием, обеспечивающих передачу как сжимающих, так и растягивающих усилий. Это позволяет создавать на конце консольной части перекрытий повышенное поджатие нижних слоев кровли даже при значительном разрушении их над завальной частью перекрытий.

Рисунок 1.7 – Конструктивные схемы однорядных и двухрядных секций Конструктивная схема секции крепи влияет на величину равнодействующей сопротивления секции, передаваемой её стойками кровле. Так в однорядной двухстоечной секции крепи, стойки которой соединены с перекрытием величина и направление равнодействующей сопротивления секции зависит от положения стоек, их наклона, момента вращения, создаваемого угловым гидроцилиндром, и пространственного положения рычагов, соединяющих заднее ограждение с основанием.

Кроме этого наличие силового углового гидроцилиндра в однорядной секции, соединяющего перекрытие с задним ограждением секции крепи обеспечивает возможность в ограниченных пределах изменять силовую схему передачи нагрузок от гидроцилиндров к кровле [38].

При таких условиях однорядная двухстоечная секция щитовой крепи с угловым гидроцилиндром между перекрытием и ограждением отличается от других щитовых крепей более коротким перекрытием, но более длинной консольной частью. Каждый участок кровли при передвижке секции с потерей контакта подвергается чередующимся разгрузкам и нагрузкам всего лишь 4-5 раз.

В двухрядной четырехстоечной секции щитовой крепи равнодействующая сопротивления приложена к перекрытию на большем расстоянии от забоя, чем в однорядной секции щитовой крепи. Перекрытие имеет соответственно большую длину и, следовательно, кровля при передвижке секции подвергается большему числу разгрузок и нагрузок в пределах призабойного пространства, чем при однорядной секции крепи.

Но в этой схеме при раздельном управлении рядами стоек можно легко менять точку приложения равнодействующей сопротивления крепи по ширине призабойного пространства и, в частности, обеспечивать достаточно высокое сопротивление консольной части перекрытия на контакте с кровлей.

Имеется возможность организации прохода для людей между рядами стоек, и в критических ситуациях (геологические нарушения, ложная кровля) два ряда стоек позволяют приблизить к забою первую точку силового контактирования перекрытия с кровлей.

В последние годы при создании механизированных комплексов для очистных забоев определилась тенденция к переходу на секции крепи с однорядным расположением стоек. При этом предполагается получить преимущества в некотором упрощении конструкции и, возможно, в металлоемкости крепи на 1 м длины очистного забоя. Сравнительный анализ конструкций и опыта эксплуатации механизированных крепей с однорядным (типа М137, «Донфалия», КМП) и двухрядным (типа КД80 и КД90) расположением стоек показал:

- реального снижения металлоемкости в однорядной конструкции крепи в сравнении с двухрядной нет. На пластах мощностью от 0,8 до 1,5 м она имеет уровень 4,4 – 6 т/м у двухрядной крепи и 5,3 – 5,6 т/м у однорядной;

в очистных забоях с однорядным расположением стоек существенно увеличилось расстояние от забоя до ближайшего ряда стоек (с 2,2 – 2,6 м до 2,7 – 3,3 м) [38].

расстояния от забоя до равнодействующей сопротивления крепи при разработке новых конструкций крепей в последние годы, что негативно сказывается на поддержании первичных обнажений кровли. При удовлетворительном взаимодействии однорядных крепей с легко- и среднеуправляемой кровлей наблюдается резкое ухудшение состояния кровли на участках со слабой кровлей или почвой и возникают проблемы с управлением секцией крепи в вертикальной плоскости.

Это дает основание для вывода, что однорядные щитовые секции крепи более чувствительны к изменениям горно-геологических условий, чем двухрядные. Увеличенная длина забойной консоли перекрытия не всегда обеспечивает эффективное управление массивом кровли из-за недостаточной жесткости перекрытия. Особенно это относится к секциям крепи с минимальной конструктивной высотой 600 – 630 мм. Поэтому при их создании требуется более тщательный расчет конструкции. Однорядные конструктивные схемы секций механизированных крепей наилучшим образом оптимизируются для одного класса горно-геологических условий, преимущественно для легкоуправляемой или среднеуправляемой кровли [7].

К системам связей секций механизированной крепи с конвейером струговой установки предъявляются сложные и противоречивые требования. С одной стороны, необходимо максимально снизить силовое воздействие секции на конвейер и обеспечить возможность некоторого смещения его относительно секций крепи, а с другой – должно быть обеспечено конкретное усилие подачи исполнительного органа для разрушения угля.

В агрегатированных крепях секции не могут отставать от конвейера более чем на один шаг передвижки, при этом в процессе передвижки, необходимо обеспечить в определенных пределах их ориентацию относительно конвейера.

Агрегатирование позволяет использовать механизм передвижки крепи для управления установкой в вертикальной плоскости пласта, объединить средства передвижки крепи и подачи установки, упростить процесс автоматизации управления крепью и комплексом в целом.

При этом условия и характер работы стругового выемочного комплекса предъявляют дополнительные требования к системе стабилизации положения конвейерного става струговой установки относительно механизированной крепи и подготовительных выработок [39]:

- восприятие устройствами стабилизации положения конвейерного става или так называемыми системами агрегатирования механизированной крепи статических и динамических нагрузок, возникающих при работе струговой установки;

- обеспечение надежности функционирования системы агрегатирования при наличии отклонений от прямолинейности конвейерного става, обусловленных как технологическим режимом работы (при перемещении конвейерного става «волной», например, при выемке участками), так и вследствие случайных возмущений;

- обеспечение надежности работы секций механизированной крепи в сложных горно-геологических условиях, особенно при наличии «порогов» в почве пласта.

Исходя из этого для обеспечения надежности функционирования системы агрегатирования необходимо обеспечить податливость соединения механизма передвижки секции крепи и забойного конвейера в плоскости пласта. В то же время для удержания конвейерного става от сползания, а также для перераспределения межрештачных зазоров, указанное соединение должно обеспечивать заданное усилие удержания со стабилизирующим эффектом.

Анализ результатов исследований показывает, что для большинства существующих типов крепей присущи схождение или расхождение секций при их передвижке, сползание крепи и как следствие искривление ее «фронта» и положения конвейерного става.

Поэтому система агрегатирования крепи с конвейером должна предусматривать ориентирующие механизмы, обеспечивающие установку секции крепи в конце передвижки в заданное положение, по отношению к конвейеру.

Подобная система агрегатрования разработана ОАО «ШахтНИУИ» при создании комплекса КД90С (рисунок 1.8).

В ней плоский толкатель секции крепи 1 (балка крепи), вместе с домкратом передвижки 2, размещенном в центральном канале основания 3 секции крепи вертикальной осью 4 соединяется с опорой 5, которая горизонтальной осью через вертикальный паз соединяется с бортом 7 конвейера 8. На опоре закрепляются два гидропатрона 9, штоки которых упираются в сферические опоры 10 на плоском толкателе 1 секции крепи.

Гидропатроны обеспечивают направленную передвижку секций крепи, а также создают усилия, препятствующие свободным продольным перемещениям конвейера.

Недостатком данной системы является то, что при работе струговой установки гидропатроны должны находится постоянно под давлением рабочей жидкости. Кроме этого не учтен угол разворота толкателя 1 в основании, увеличивающий величину смещения секции (данное смещение не подлежит регулировке).

Рисунок 1.8 – Система агрегатирования с плоским толкателем механизма Наиболее полно требованиям струговой выемки отвечает система агрегатирования (механизм передвижки крепи «Дон-Фалия») с упругоограниченной связью секций крепи с конвейером струговой установки посредством штанговых толкателей (рисунок 1.9) [3].

Механизм передвижки, размещенный в канале между лыжами 1 и 2 основания обеспечивает кинематическую связь секции крепи с забойным конвейером, а также передвижку секции крепи конвейера.

Механизм передвижки состоит из бугеля 3, в котором закреплены две упругие штанги 4 и гидроцилиндра передвижки секции 5. Одной стороной бугель шарнирно соединяется с навесным оборудованием конвейера 6, а с другой – со штангами и через опору 7 – со штоком домкрата передвижки. При этом цилиндр домкрата передвижки размещен в специальной опоре 8, которая шарнирно соединена с хомутом 9, шарнирно соединяющим лыжи основания.

Конструкция механизма передвижки с упругими штангами обеспечивает направленное передвижение секции крепи относительно конвейера, удержание его при передвижке от сползания по падению пласта в пределах упругих деформаций штанг и разгружает домкрат передвижки от боковых нагрузок.

Рисунок 1.9 – Система агрегатирования с упругими штангами.

Вместе с тем по результатам эксплуатации выявлена низкая надежность хомута, заключающаяся в его изломе и деформации мест присоединения хомута к лыжам основания при переходе секцией крепи «порогов» в почве пласта превышающих величину 100 мм.

На схеме преодоления «порогов» в почве пласта секцией крепи видно, что лыжи оснований смещаются относительно друг друга не только в вертикальном, но и продольном направлениях (рисунок 1.10) [39].

Разработанный ОАО «Гипроуглемаш» механизм передвижки секции крепи М137 (рисунок 1.11) состоит из задней стяжки 1, шарнирно соединенной с цилиндрическими толкателями 2, расположенными на лыжах основания 3 и 4.

Цилиндр гидродомкрата передвижки 5 шарнирно соединен со стяжкой, а шток с толкателем 6.

Проведенный анализ опыта эксплуатации крепи механизированной М137 на шахте «Ростовская» ОАО «Гуковуголь» показал, что секции крепи эффективно преодолевали значительные «пороги» в почве пласта.

Вместе с тем выявлена деформация штоков гидродомкратов передвижки секций крепи. Как правило это было связано с тем, что гидродомкрат передвижки не был разгружен от боковых нагрузок.

Кроме этого для извлечения гидродомкрата передвижки при работе крепи на тонких пластах практически отсутствует доступ к оси, соединяющей цилиндр со стяжкой.

Рисунок 1.10 – Схема преодоления «порогов» в почве пласта секцией крепи.

Все вышеперечисленное говорит о том, что требования, предъявляемые к силовым и кинематическим связям струговой установки и крепи наиболее полно обеспечивает механизм передвижки секции крепи с упругими направляющими элементами (штангами).

Поэтому при разработке современных механизированных крепей необходимо использовать механизм передвижки секции с применением упругих направляющих элементов (штанг).

Рисунок 1.11 – Механизм передвижки секции крепи М137.

Исходя из проведенных ранее исследований и анализа проведенного в настоящей работе механизм передвижки секции крепи должен обеспечивать:

- подачу струговой установки на забой строго определенным для каждых условий усилием;

- возможность отжатия конвейера струговой установки при проходе струга;

- разгрузку гидропатронов передвижки от изгибающих усилий;

- разворот фронта лавы до 10-12°;

- ориентацию секции крепи относительно конвейера струговой установки;

- удержание струговой установки от сползания, обеспечивая продольное смещение секции крепи и конвейера в пределах ±75 мм;

- обеспечение надежной работы секций механизированной крепи с основаниями катамаранного типа в сложных горно-геологических условиях, особенно при наличии «порогов» в почве пласта.

1.3. Анализ существующих механизированных крепей сопряжения современного технического уровня.

Дальнейшее повышение производительности труда в очистных забоях сдерживается рядом трудоемких операций на концевых участках лав:

- передвижка приводных головок забойного конвейера для подготовки к выемке последующей полосы угля;

- перестановка крепи в период передвижки головок конвейера;

- обеспечение закрепления рабочего пространства в местах сопряжения очистного забоя с примыкающими выработками, особенно рабочего пространства в зоне передвижки приводных головок забойного конвейера;

- местное усиление штрековой крепи в зоне опорного давления за счет дополнительной установки элементов усиления.

Поэтому трудоемкость концевых операций остается довольно высокой и составляет 15 – 30% общей трудоемкости работ в комплексно-механизированных забоях [40, 41].

К особенно трудоемким относятся работы, связанные с обеспечением закрепления рабочего пространства в местах сопряжений очистного забоя со штреками, в частности, в зоне расположения и передвижки приводных головок забойного конвейера и поддержания штрековой крепи [42].

Можно выделить два основных вида сопряжений лавы с участковой выработкой: транспортное и вентиляционное. Оба вида обязательно присутствуют в очистном забое. Различие между ними заключается в том, что одно сопряжение, помимо функций по управлению кровлей, поддержания участковой выработки, доставки и т.д. оборудовано пунктом пересыпа угля с лавного конвейера на подлавный перегружатель. Основное назначение второго (остальных) - доставка, обеспечение подачи (выдачи) воздуха в лаву (вентиляционное). К сопряжению лавы с вентиляционной выработкой предъявляются меньшие требования, чем к сопряжению с транспортной. Как правило, эти требования выражаются в обеспечении достаточного сечения для прохода воздуха и соблюдении минимальных зазоров для передвижения людей. К сопряжению с транспортным штреком требования значительно жестче.

Необходимо соблюдение регламентированных зазоров между крепью и установленным на сопряжении оборудованием; обеспечение достаточного сечения для проветривания очистного забоя; выполнение работ по подхватыванию верхняков крепи штрека в зоне створа лавы при снятии боковых стоек; если выработка сохраняется, то для ее повторного использования в качестве вентиляционной для следующего выемочного столба, должны выполняться необходимые мероприятия по возведению охранного сооружения.

Сопряжение лавы с транспортной выработкой характеризуется высокой концентрацией работ, загромождением пространства оборудованием, что ухудшает безопасность работ и увеличивает число несчастных случаев на сопряжении [43].

Вопросам исследования крепления сопряжения лав посвящено большое количество работ. Существенный вклад в разработку способов крепления сопряжения лав с прилегающими выработками и создание крепей сопряжения внесли ученые Ю.И. Бурчаков, К.-Э. Венер, В.П. Голуб, И.А. Давыдович, И.Ю.

Заславский, В.П. Зубов, Ю. Крав, И.А. Кияшко, В.А. Лидер, А.И. Петров, Х. Хове, И.Л. Черняк, А.П. Широков, О. Якоби и другие.

По способу взаимодействия с боковыми породами механизированные крепи сопряжений делятся на поддерживающие и поддерживающе-оградительные. По основным структурным критериям крепи сопряжений подразделяются на комплектные и агрегатные. Комплектные крепи состоят из двух и более кинематически связанных между собой секций и перемещаются вдоль штрека с помощью гидродомкрата двухстороннего действия.

Агрегатные крепи сопряжений имеют постоянную кинематическую связь с базовым элементом.

По технологическим критериям крепи сопряжений подразделяют по способу перемещения на скользящие и шагающие.

механизированных крепей сопряжений – их способность работать в штреках с определенной формой поперечного сечения [44].

Страны с развитой угольной промышленностью достигли определенных успехов в области создания и внедрения на пологих пластах механизированных крепей сопряжений, работающих в комплексе с рамной крепью участковых подготовительных выработок. Современный этап развития техники характеризуется гидрофицированием крепей, основной функцией которых является механизация процессов крепления и поддержания кровли на сопряжениях. Ведутся также интенсивные разработки, направленные на обеспечение полной механизации процессов крепления кровли, передвижки лавного конвейера.

Большинство перечисленных крепей, используемых на шахтах России и стран ближнего зарубежья, имеют ряд специфических недостатков, присущих каждой крепи в отдельности. Наибольшее применение нашли крепи типа 2МК-3, Т-6К, ОКС-1М и ГКС [43, 45].

В западных странах, угольные запасы которых сосредоточены в основном в пластах пологого залегания малой и средней мощности, ведутся работы направленные на создание и выбор рациональных систем разработки, сечения выработок и типа крепи выработки, а также совершенствование технологических процессов и создание средств механизации выемки, крепление и управление кровлей на сопряжениях очистных забоев с участковыми подготовительными выработками. Кинематические схемы зарубежных крепей практически не отличаются от отечественных. Основное их отличие состоит в конструктивном исполнении различных узлов и механизмов. Для увеличения длины участка выработки, поддерживаемой крепью, и повышения устойчивости крепи увеличены продольные и поперечные размеры несущих элементов, объединены в одно целое секционные и рамные конструкции, в некоторых случаях, применяются на одном сопряжении несколько секций, работающих отдельно друг от друга. Так, например, западногерманская фирма "Усшпурвис" разработала крепь, предназначенную для поддержания сопряжений лав с подготовительными выработками на длине 25 м. Она состоит из 10 секций, устанавливаемых впереди очистного забоя, и двух секций - позади лавы. Каждая секция состоит из двух рам с верхняком, стойками и основанием. Секции передвигаются по принципу шагания.

На шахтах России и стран ближнего зарубежья, в свое время, прошли испытания крепей типа: КС, 2М-81К-3, М-81СК, Т-6К, ОКС-1М, ГКС, МКШ, КСЛШ, МКС-1, крепи сопряжения агрегатов АКД, СА, А-3 и комплекса КМКВыполненный анализ показывает, что созданные и проектируемые крепи сопряжения не соответствуют в полной мере производственным требованиям.

Они не пригодны для применения в выработках с плоской и наклонной кровлей или арочной формы и не обеспечивают полной механизации работ, а также поддержания кровли впереди очистного забоя по всей длине участка наиболее активного проявления горного давления в выработке. Основными конструктивными недостатками являются слабая межсекционная или межрамная связь, влияющая на надежность работы крепи, и низкая устойчивость, вынуждающая производить передвижку крепи с некоторым активным распором.

Следствием этих недостатков являются смещение рам штрековой крепи вдоль выработки и обнажение ослабленных трещиноватостью пород кровли выработки.

Следует заметить, что наиболее совершенной конструкцией межрамной связи и компоновки верхняков являются крепи типа 1-КС и ОКС-1М.

С целью предотвращения топтания кровли перспективным направлением считается создание безразгрузочных бортовых крепей сопряжений. С этой целью и для механизации крепления сопряжений лав с участковыми выработками на пологих пластах мощностью 0,8-1,6 м Коммунарским горнометаллургическим институтом разработаны конструкции безразгрузочных бортовых крепей сопряжения типа КНС и КС1 [45]. Они состоят из забойных и посадочных полусекций, соединенных по кровле пружинным перекрытиями, а по почве направляющими, или соединяющими, балками для привода лавного конвейера. В зависимости от давления рабочей жидкости в гидростойке обеспечивается передвижение крепи под рабочей нагрузкой, нагрузкой предварительного распора или с разгрузкой.

Наряду с очевидными достоинствами крепи КНС и КС1 имеют и несколько существенных недостатков. Прежде всего эти крепи значительно дороже имеющихся типовых крепей, достаточно сложны и громоздки в эксплуатации, а также имеется и конструктивный недостаток: крепи состоят из одиночных секций и для передвижения им необходимо иметь достаточно надежную опору, роль которой играют якорные гидростойки.

использовании рамных и арочных штрековых крепей, характеризуются высокой материалоемкостью, низким уровнем механизации работ, высокой стоимостью и значительными затратами на доставку и возведение крепи, достигающими 13 общей трудоемкости работ по выемке угля в комплексно- механизированных лавах.

Использование механизированных крепей сопряжений в лавах не исключает ручных работ по усилению штрековой крепи впереди очистного забоя, креплению ниш и берм, в результате чего удается незначительно снизить трудоемкость крепления [46, 47, 48].

В лаве № 3015 ОАО «ШУ «Обуховская» в составе комплекса очистного комбайнового 1ДФО эксплуатировалась крепь сопряжения УКС производства Украина.

Крепь сопряжения УКС (рисунок 1.12) предназначена для механизации процессов крепления в штреках арочного и трапециевидного сечения в зоне их сопряжения с лавой и концевых операций, связанных с выносом приводов забойных конвейеров в подготовительные выработки, их удержанием, распором, передвижкой и настройкой при изменении угла падения и величины подрывки пласта. Крепь сопряжения используется для работы в лавах, оборудованных очистными комплексами типа МКД90, МДМ, МКДД и др. [49].

Заложенный принцип передвижения секции и стола распорного - их попеременное подтягивание к опоре - позволяет в результате многократных передвижек при работе переместить их без каких-либо коррекций точно к месту установки опоры которое определяется в зависимости от сечения и состояния штрека, а также от графика ведения работ в лаве.

При эксплуатации крепи сопряжения УКС установлено, что отслеживание лавы по углу ее разворота осуществляемое заложенным принципом, является весьма трудоемким процессом.

На шахте «Алмазная» ОАО «УК «Алмазная» в составе комплекса 3КМГ.ПА эксплуатировалась крепь сопряжения FAZOS-18/38 производства Польша (рисунок 1.13) [50].

Крепь сопряжения состоит из трех секций. Крайняя правая и левая секции соединены между собой и образуют общую рамку. Средняя секция является конструктивно независимым элементом, соединенным с крайними секциями посредством системы двух домкратов передвижки крепи сопряжения.

Передвижка крепи сопряжения осуществляется в следующей последовательности:

- средняя секция передвигается после выемки полосы угля шириной 0,8 м.

Передвижка средней секции осуществляется дважды, т.е. два цикла по 0,8 м;

- после передвижки средней секции передвигаются две крайние секции на шаг равный 1,6 м.

Как видно из представленного рисунка 1.13 в крепи не предусмотрен стол или плита для расположения и фиксации привода забойного конвейера.

демонтирована. Причинами демонтажа стали:

- отсутствие продольной устойчивости секций крепи сопряжения;

- запахивание оснований секций крепи сопряжения в почву штрека.

Рисунок 1.12 - Крепь сопряжения УКС.

Рисунок 1.13 - График контактных давлений, передаваемых на почву пласта основаниями секций крепи сопряжения FAZOS-18/38.

Отсутствие продольной устойчивости секций крепи сопряжения объясняется наличием над основными перекрытиями секций крепи пустот и контактами основных перекрытий с кровлей передними частями (рисунок 1.13 – реакция R1). На рисунке 1.13 представлен график контактных давлений, передаваемых на почву основаниями секций крепи сопряжения, где контактные давления Rх на концах передних частей оснований в несколько раз превышают средние значения Rхср., что и приводило к их запахиванию.

Механизированная крепь сопряжения СО75К, разработанная ОАО «ШахтНИУИ» предназначена для поддержания кровли транспортного и вентиляционного штреков при выемке угольных пластов струговыми установками СО75, СН75 и УСВ с приводными станциями, вынесенными в прилегающие к лаве выработки [51].

Крепь сопряжения СО75К состоит из двух связанных между собой правой и левой секций, перемещающихся одна относительно другой в продольном и поперечном направлениях (рисунок 1.14).

Рисунок 1.14 - Механизированная крепь сопряжения СО75К.

По балке нижнего основания правой секции перемещается основание стола.

При этом стол осуществляет регулирование положения приводных станций по высоте штрека за счет снятия и установки жестких проставок, поворот приводных станций в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также их удержание.

Передвижка крепи сопряжения СО75К осуществляется при неработающих приводах струга и конвейера в следующей последовательности. Первоначально разгружается и передвигается левая секция. Затем разгружается и подтягивается правая секция. Изготовлен опытный образец механизированной крепи сопряжения СО75К, который был представлен к приемочным (шахтным) испытаниям. По результатам приемочных испытаний работы по крепи сопряжения были прекращены и ОАО «ШахтНИУИ» приступил к разработке столов гидрофицированных СО75С для размещения приводных станций струговых установок в прилегающих к лаве выработках.

Из анализа существующего положения можно сделать вывод, что существующие механизированные крепи сопряжений не соответствуют в полном объеме струговой технологии выемки.

Кроме закрепления рабочего пространства в местах сопряжений очистного забоя со штреками механизированная крепь сопряжения должна обеспечивать расположение и передвижку привода струговой установи, регулировку его по высоте бермы и отслеживать лаву по углам ее падения и разворота, а также удерживать струговую установку от сползания по углу падения пласта.

1.4 Анализ существующих методов расчетов механизированных крепей очистных забоев.

Сопротивление механизированной крепи очистного забоя является одной из важнейших характеристик, так как оно в значительной мере определяет состояние кровель в очистных забоях, а следовательно, безопасность и эффективность очистных работ.

В «Руководстве по управлению горным давлением на выемочных участках шахт Восточного Донбасса» [32], разработанным О.Б. Батиным, А.П. Бондаренко, Б.Б. Луганцевым, В.В. Беликовым (ОАО «ШахтНИУИ»), Н.Г. Трофимовым, Н.А.Писсеевым, А.Б. Голодом (ПО «Ростовуголь»), К.И. Рутьковым, В.А.

Савиным (ПО «Гуковуголь») выделены четыре основные типа кровель по нагрузочным свойствам:

1-й тип. Непосредственная кровля на высоту более (5-6) вынимаемых мощностей пласта сложена легко и среднеобрушающимися породами. Эти породы, зависая с некоторым вылетом в выработанном пространстве, затем беспорядочно обрушаются, хорошо подбучивая основную кровлю или верхние слои непосредственной кровли.

среднеобрушаемыми породами, выше залегают труднообрушающиеся или весьма труднообрушающиеся слои пород. В этом случае разрушение пород кровли чаще всего происходит блоками высотой (4-5) mв, которые ступенчато смещаясь относительно друг друга, образуют арочную систему.

3-й тип. Непосредственная кровля на высоту до (3-4) mв сложена легко и среднеобрушающимися породами, выше которых в основной кровле залегают труднообрушающиеся или весьма труднообрушающиеся слои пород, разрушающиеся на длинные блоки высотой m0 и длиной L0.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 
Похожие работы:

«КАНАТНИКОВ НИКИТА ВЛАДИМИРОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ЗУБОСТРОГАНИЯ ПРЯМОЗУБЫХ КОНИЧЕСКИХ КОЛЕС Специальность 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель доктор технических...»

«ШИШКОВ ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ЦИКЛОМ ДВУХТОПЛИВНЫХ И ОДНОТОПЛИВНЫХ ПОРШНЕВЫХ ГАЗОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ Специальность 05.04.02 – Тепловые двигатели. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук Научный консультант : доктор технических наук, профессор В.В. Бирюк Самара...»

«Куликов Евгений Николаевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ НАТУРНЫХ РЕСУРСНЫХ ИСПЫТАНИЙ КОНСТРУКЦИЙ ПАССАЖИРСКИХ САМОЛЁТОВ 05.07.03 Прочность и тепловые режимы летательных аппаратов Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель доктор технических наук, профессор Серьезнов А.Н. Новосибирск – СОДЕРЖАНИЕ Введение...»

«Чигиринский Юлий Львович ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ И КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ МНОГОПЕРЕХОДНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ И МАТЕМАТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПРОЕКТИРУЮЩЕЙ ПОДСИСТЕМЫ САПР ТП 05.02.08 – Технология машиностроения 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в машиностроении) диссертация на...»

«Карапузова Марина Владимировна УДК 621.65 ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО ПОДВОДА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА Специальность 05.05.17 – гидравлические машины и гидропневмоагрегаты Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук Научный руководитель Евтушенко Анатолий Александрович канд. техн. наук, профессор Сумы – СОДЕРЖАНИЕ ПЕРЕЧЕНЬ...»

«ГЛАЗУНОВ ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СМАЗЫВАНИЯ ГРЕБНЕЙ КОЛЕС ТЯГОВОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА И РЕЛЬСОВ Специальность 05.02.04 – Трение и износ в машинах ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – доктор технических наук, профессор...»

«БУЯНКИН ПАВЕЛ ВЛАДИМИРОВИЧ ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ПЛАТФОРМ И НАГРУЗОК В ОПОРНО-ПОВОРОТНЫХ УСТРОЙСТВАХ ЭКСКАВАТОРОВМЕХЛОПАТ Специальность 05.05.06 – Горные машины ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель : профессор, доктор технических наук Богомолов Игорь...»

«Орлов Сергей Васильевич ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШЛИФОВАНИЯ ТОРЦОВ КОЛЕЦ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ПОДШИПНИКОВ ПУТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ОСЕВОЙ УПРУГОЙ ДЕФОРМАЦИЕЙ 05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических...»

«ГАРЕЕВ РУСТЭМ РАШИТОВИЧ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ НАСОСНОГО И ВЕНТИЛЯЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА УСТАНОВКАХ КОМПЛЕКСНОЙ ПОДГОТОВКИ ГАЗА Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (нефтегазовая отрасль) ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный...»

«Сазанов Андрей Александрович ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОПЛИВНЫХ ФОРСУНОК ГТД ПУТЁМ ФУНКЦИОНАЛЬНО-ОРИЕНТИРОВАННОЙ СБОРКИ Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения Диссертация на соискание учной степени кандидата технических наук Научный руководитель доктор технических наук Семнов Александр Николаевич Рыбинск...»

«ЯКОВЛЕВ Станислав Николаевич ВЫБОР КРИТЕРИЕВ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ИЗ ПОЛИУРЕТАНА Специальность 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук Санкт-Петербург - 2014 2 Содержание Введение.. Экспериментальное изучение...»

«ШЕХОВЦОВ Кирилл Викторович СНИЖЕНИЕ УРОВНЯ ВИБРОНАГРУЖЕННОСТИ РАБОЧЕГО МЕСТА ОПЕРАТОРА ТРАКТОРА ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ГАСИТЕЛЕЙ КОЛЕБАНИЙ В СИСТЕМЕ ПОДРЕССОРИВАНИЯ КАБИНЫ Специальность 05.05.03 – Колесные и гусеничные машины Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Волгоград - 2014 2 ОГЛАВЛЕНИЕ Стр. ВВЕДЕНИЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И НАПРАВЛЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ.. О защите оператора от шума и...»

«ЛАРЬКИН АРТЕМ ВАДИМОВИЧ ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ И МАССОПЕРЕДАЧИ НА ПРЯМОТОЧНОЙ КЛАПАННО-СИТЧАТОЙ ТАРЕЛКЕ НОВОЙ КОНСТРУКЦИИ Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (нефтяная и газовая промышленность) Диссертация на соискание ученой...»

«ГОРЕЛКИН Иван Михайлович РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ КОМПЛЕКСОВ ШАХТНОГО ВОДООТЛИВА Специальность 05.05.06 – Горные машины Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель...»

«Сидоров Михаил Михайлович Влияние ультразвуковой ударной обработки на механические свойства и перераспределение остаточных напряжений сварных соединений трубопроводов, эксплуатируемых в условиях Сибири и Крайнего Севера Специальность 05.02.07 Технология и оборудование механической и физико-технической обработки...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.