Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке полезных ископаемых, залегающих пологими пластами средней мощности.
Известны очистные механизированные комплексы для разработки пологих угольных пластов средней мощности КМ-138, КМ-142, КМ-143, КМ-144, КМ-145, КМ-146, КМ-171, КМ-172, КМК-500, IМК85 и др. (I). В состав оборудования этих очистных комплексов входят механизированные крепи, выемочные и доставочные машины. Разработка пластов производится лавами, перемещающимися по простиранию, восстанию или падению пластов. Для работы механизированных крепей используется гидравлическая энергия эмульсии, которая подается в лаву по эмульсионным магистралям от насосных станций, расположенных на транспортной горной выработке, примыкающей к лаве.
Наиболее близким является оборудование для подземной разработки ископаемых способом Каримана (см. патент РФ №2269003 С2, Е21С 41/16, 2006). Выемка ископаемого производится крупными блоками с использованием врубовых и гидрорезных машин. В процессе вырезания блоков в прорезные щели вводятся металлические каркасы. Доставка добытых блоков ведется на доставочных тележках по швеллерным, уголковым или рельсовым направляющим с помощью тяговых грузовых лебедок, расположенных в бермах. Выдача блоков производится на обе примыкающие к лаве транспортную и вентилляционную горные выработки. Погрузка блоков на доставочные тележки производится по предварительно открытому со стороны забоя борту, при этом фиксируется положение доставочных тележек распором гидростоек, стационарно связанных с доставочной тележкой. Перегрузка блоков на примыкающие к лаве транспортные средства осуществляются без их разворота. В качестве транспортного средства используются спаренные колесные платформы с движением локомотива по средней колее. Крепление лавы - индивидуальное или механизированной призабойной гидрофицированной крепью. Управление кровлей осуществляется путем частичной закладки выработанного пространства блоками ископаемого. Блоки ископаемого вырезаются в несколько рядов. При этом толщина вырезаемых блоков в два раза меньше глубины прорезания щелей у почвы и кровли пласта. Толщина нижней и верхней щелей, прорезаемых врубмашинами, составляет 140 мм. Перед задвижкой каркасов щели зачищаются шахтным пылесосом ПШ-150, и штыб складируется в емкости, которые размещаются в первом отделении призабойного пространства по всей длине лавы. Погрузка блоков на доставочные тележки производится с помощью гидроталей, стационарно установленных на тележках. Разгрузка тележек от блоков на примыкающих выработках производится путем вытягивания блоков скольжением на металлических каркасах по поверхности тележки за счет тягового усилия шахтной грузовой лебедки, передающегося блоку застропованным к нему тросом. В прототипе не рассмотрены вопросы размещения электрокабелей к перемещающимся врубмашинам и эмульсионных магистралей к перемещающимся гидрорезным машинам и гидрофицированным крепям. Секции крепи имеют шесть гидростоек, стационарно связанных с основанием крепи. Крепление лавы предусматривает наличие в призабойном пространстве четырех отделений, в том числе два отделения для двух доставочных линий. Управление кровлей осуществляется путем частичной закладки ее вырезаемыми блоками. При этом передвижка блоков в выработанное пространство также производится с помощью гидроталей без уборки гидростоек. Для передвижения блоков через направляющие на них укладываются настилы.
В изобретении, рассматриваемом как прототип, имеется ряд недостатков и ряд нерешенных вопросов.
Так, при вырезании блоков ископаемого в несколько рядов после прорезания верхней щели блоки ископаемого второго ряда под действием своего веса садятся непосредственно на почву. Поэтому подвести под них каркас и вытащить блоки второго ряда из массива не представляется возможным. В связи с этим вырезание блоков необходимо производить без разделения на ряды с вводом каркаса на всю глубину прорезаемой нижней щели.
Высота вырезаемых блоков ископаемого меньше мощности разрабатываемого пласта только на 28 см - сумму толщин прорезаемых щелей у почвы и кровли пласта. При такой высоте блоков проблематично создать приемлемую транспортировку блоков по лаве на доставочных тележках, так как необходимо предусматривать пространство по высоте на толщину верхняка или перекрытия крепи, толщину основания крепи, высоту направляющих, колес и корпуса доставочной тележки и осадку кровли, особенно в зоне второй доставочной линии. Наиболее приемлемым способом создания свободного пространства по высоте является прорезание средней щели на середине мощности пласта и выемка сначала верхнего блока, затем нижнего.
Объем работ по зачистке штыба из щелей весьма велик и достигает 0,5 т с одного погонного метра длины лавы. Поэтому целесообразно выдаваемый режущими барами из щелей штыб направлять сразу в емкость. Для этого емкость для аккумулирования штыба необходимо передвигать вместе с врубовой машиной.
Прорезание щелей у почвы, кровли и посередине мощности пласта лучше сгруппировать в одном врубовом агрегате, что существенно упростит технологию и организацию работ в очистном забое.
Прорезание поперечных щелей гидрорезной машиной лучше производить после прорезания щелей у почвы и кровли пласта. Тогда можно сразу вводить в ранее прорезанные щели исполнительный инструмент прорезания поперечных щелей и при его обратном движении действием боковых гидроструй производить рассечку поперечных щелей. Это значительно увеличит производительность процесса.
В рассматриваемом прототипе не решен вопрос размещения в призабойном пространстве и перемещения при работе и при передвижке секций крепи электрокабелей двигателей врубмашин и эмульсионных и водных магистралей гидрорезных машин.
Не решен также вопрос транспортировки блоков ископаемого небольшой крепости, которые разрушаются при перемещении; не разработана технология подъема и опускания блоков ископаемого при погрузочно-перегрузочных работах и складировании.
Использование гидроталей для погрузки блоков ископаемого проблематично, так как существующая конструкция гидроталей весьма громоздка и тяжеловесна и приспособлена для подъема грузов, а не перемещения блоков по горизонтали. Установка таких гидроталей на доставочной тележке нецелесообразна, и необходима разработка другого технического решения.
Вес блоков ископаемого, выдаваемых из очистного забоя, достаточно большой (до 20 т и более). При таком весе блоков движение доставочных тележек с грузом с помощью шахтных грузовых лебедок возможно только в горизонтальном направлении. Но тогда при разгрузке доставочных тележек на бортовых горных выработках тягового усилия шахтных грузовых лебедок может быть недостаточно для перемещения тяжеловесных блоков ископаемого скольжением на металлических каркасах по поверхности доставочной тележки. Необходима разработка специального мощного разгрузочного оборудования, стационарно установленного на доставочной тележке.
Целью изобретения является совершенствование технологии и оборудования для подземной разработки полезных ископаемых, залегающих пологими пластами средней мощности, обеспечивающее высокую производительность, безопасность, экологичность и экономическую эффективность его работы.
Поставленная задача достигается тем, что в данном изобретении представляется комплексный состав необходимого оборудования, работа которого взаимно увязана как конструктивно, так и технологически. Ископаемое разрабатывается очистным механизированным комплексом, перемещающимся в процессе добычи по восстанию пласта. Ископаемое вырезается из массива крупными прямоугольными блоками. Вырезание блоков ископаемого начинается работой двух врубовых агрегатов, перемещающихся от середины лавы к обоим ее концам. Агрегат прорезает одновременно три щели, параллельные плоскости пласта: нижнюю на границе пласта с почвой, среднюю по середине мощности пласта и верхнюю на границе с кровлей.
Прорезание щелей производится тремя режущими барами врубового агрегата на глубину 2,2 м при толщине щели до 14 см. Все режущие бары приводятся в движение одним вертикально установленным валом, получающим вращение от общего двигателя. Рабочий и холостой ход врубового агрегата осуществляется перемещением его по лаве с помощью подающей части, связанной с двигателем через гидровставку.
Штыб, выдаваемый режущими барами из прорезаемых верхней и средней щелей, сбрасывается в перемещающуюся вместе с врубовым агрегатом емкость. Штыб, выдаваемый режущим баром из нижней щели, засасывается пылесосом, стационарно установленным на агрегате, и сбрасывается также в передвигаемую емкость. Объем емкости рассчитан на прием всего штыба от всех прорезных щелей, приходящийся на длину одной секции крепи, равную 6,5 м. Длина и ширина емкостей для аккумулирования и выдачи штыба принимаются одинаковыми с соответствующими размерами добычных блоков. Это позволяет использовать для погрузки емкостей, заполненных штыбом, на доставочные платформы и для их перегрузки с платформ на бортовых горных выработках такую же технологию, как и для добычных блоков. Порожние емкости заранее доставляются в лаву на доставочных платформах 1-й линии и выгружаются по одной под каждой секцией крепи в ее средней части со стороны по ходу движения врубового агрегата. При подходе агрегата по длине лавы к следующей секции производится замена емкости, загруженной штыбом, на порожнюю. При этом загруженная емкость также оставляется в 1-м отделении призабойного пространства в средней части пространства под крепью со стороны, ближайшей по ходу движения агрегата. Замена емкостей производится путем расстыковки захватов агрегата с замками загруженной емкости и пристыковки их в процессе перемещения его к замкам порожней. Передвижение емкости производится на катках по уголковым наплавляющим, проложенным в 1-м отделении со стороны, противоположной от забоя. Передвижение врубового агрегата также производится на катках. При этом катки со стороны забоя перемещаются по почве, а со стороны, противоположной от забоя - по уголковой направляющей.
Вслед за перемещением врубового агрегата производится закладка металлических поддонов в нижнюю и среднюю щели. Поддоны, закладываемые под добычные блоки, имеют ширину и длину, соответствующую размерам добычных блоков. Поддоны, закладываемые под блоки, предназначенные для закладки в выработанное пространство, соответствуют размерам этих блоков. Ширина поддонов обоих типов, как и ширина блоков обоего вида, одинакова и равна глубине захвата режущих баров врубового агрегата, равной 2,2 м. Длина блоков разного назначения различна. По условиям транспортировки добычных блоков по горным выработкам на колесных тележках их длина принимается 2,6 м. Размер блоков по длине лавы, предназначенных для закладки в выработанное пространство с целью уменьшения потерь запасов, принимается в два раза меньше и равным 1,3 м. Количество этих блоков также принимается в два раза меньше по длине лавы. Таким образом, при закладке поддонов в нижнюю щель выдерживается соотношение: после двух подряд заложенных поддонов под добычные блоки закладывается один поддон под блок для закладки в выработанное пространство. В среднюю щель закладываются поддоны только под добычные блоки. Поддоны под добычные блоки доставляются в лаву вместе с порожними емкостями для штыбов и выгружаются под каждую секцию крепи в необходимом количестве. Поддоны закладываемые под блоки, перемещаемые в выработанное пространство, затем извлекаются из-под блоков и используются в следующем цикле работ.
После закладки поддонов на данном участке производится прорезание поперечных щелей. Поперечные щели направлены перпендикулярно плоскости пласта и груди забоя и нарезаются также на глубину 2,2 м одновременно по всей мощности пласта. Поперечные щели прорезаются на стыках между поддонами специальными исполнительными инструментами гидрорезных машин. Поперечные щели нарезаются при неподвижной гидрорезной машине возвратным перемещением исполнительного гидрорежущего инструмента. Гидрорезание производится водой сверхвысокого давления до 300 МПа. Сверхвысокое давление вода приобретает в гидроусилителе, размещенном в корпусе гидрорезной машины. Вода в гидроусилитель подается из магистрали, проложенной вдоль лавы и размещенной в верхней нише под перекрытием крепи во 2-м отделении. Под каждой секцией крепи имеется отвод от магистрали со штуцером. Перед началом прорезания поперечных щелей к штуцеру подсоединяется рукав для запитки воды от гидроусилителя. После окончания прорезания поперечных щелей на данном участке производится рассоединение рукава гидроусилителя со штуцером магистрали. Энергией для работы гидроусилителя является гидравлическая энергия эмульсии, которую гидроусилитель получает из напорной эмульсионной магистрали, а отработанную эмульсию отдает обратно в сливную магистраль. Эмульсионные магистрали гидрорезной машины, прорезающей поперечные щели, размещаются вместе с водной магистралью в верхней нише под перекрытием крепи во 2-м отделении. Из магистралей эмульсия поступает к гидроусилителю через рукава, которые так же, как и водяной, подключаются к соответствующим штуцерам, а после окончания прорезания поперечных щелей отсоединяются.
Прорезание задней вертикальной щели производится 2-й гидрорезной машиной на участке, где закончено прорезание поперечных щелей. Прорезание задней вертикальной щели ведется при непрерывном перемещении гидрорезной машины. Гидрорежущий инструмент для прорезания задней щели аналогичен используемому для прорезания поперечных щелей, но в данном случае он заглублен в массив на 2,2 м и перемещается вместе с гидрорезной машиной. Устройство 2-й гидрорезной машины аналогично первой. Отличие состоит лишь в способе получения эмульсии и воды из магистралей. Эмульсионные напорная и сливная магистрали и магистраль подачи воды к гидрорезной машине прорезания задней вертикальной щели размещаются в верхней нише 1-го отделения под перекрытием крепи. Поскольку прорезание задней щели производится при непрерывном перемещении гидрорезной машины, то ее эмульсионные рукава и рукав для подачи воды находятся в постоянном соединении со своими магистралями. При движении гидрорезной машины в прямом или обратном направлении в нише производится соответствующая переукладка магистралей по такому же методу, как работает кабелеукладчик в действующих очистных механизированных комплексах. Ширина ниш для размещения магистралей гидрогезных машин равна 2,2 м, т.е. величине перемещения секций вслед за очистным забоем, что обеспечивает бездефектное перемещение в нишах магистралей в передвигаемых секциях крепи.
Выемка блоков ископаемого из массива и погрузка на доставочные платформы производится в два этапа. Предварительно производится погрузка на доставочные платформы 1-й линии емкостей со штыбом из прорезных щелей. Выдача из лавы емкостей со штыбом на доставочных платформах 1-й линии совмещается с доставкой в лаву и выгрузкой в 1-м отделении призабойного пространства порожних емкостей и поддонов для добычных блоков при обратном движении платформ после разгрузки.
Выемка блоков ископаемого из массива начинается с блоков 2-го уровня с помощью гидроопускателей. Блоки 2-го уровня располагаются в массиве призабойной зоны между верхней и средней щелями. После прорезания 2-й гидрорезной машиной задней вертикальной щели под действием большого собственного веса произошло окончательное отделение вырезанных блоков ископаемого от остального массива, и они плотно легли на металлические поддоны с образованием свободного пространства между верхней поверхностью блоков 2-го уровня и кровлей пласта величиной до 28 см. Участок, где должна производиться выемка блоков 2-го уровня, занимает гидроопускатель. Гидроопускатель производит операции: полное вытягивание блоков 2-го уровня из массива на свое перекрытие шириной 2,2 м, соответствующее ширине блоков, затем опускание блоков вниз на уровень высоты доставочной платформы. Погрузка блоков производится погрузочными устройствами достаточной платформы. После завершения погрузки блоков 2-го уровня гидроопускатель переходит на следующий участок вслед за работающими врубовым агрегатом и гидрорезными машинами, а на данном участке производится выемка и погрузка блоков 1-го уровня на доставочные платформы 2-й линии. Блоки 1-го уровня находятся в нижней части призабойного массива между средней и нижней щелями. Выемка блоков 1-го уровня и их погрузка на доставочные платформы 2-й линии производится с помощью погрузочных устройств, стационарно установленных на платформах.
После выемки блоков 1-го и 2-го уровней из массива до погрузки на платформы, когда они еще находятся в 1-м отделении рабочего призабойного пространства, на блоки ископаемого одевается тросовая и чехольная (если это предусмотрено) оснастка. Тросовая и чехольная оснастка комплектуется и доставляется в лаву вместе с металлическими поддонами и выгружается в 1-м отделении. Выгрузка оснастки вместе с поддонами и порожними емкостями производится впереди по фронту движения врубового агрегата по всей длине лавы.
Движение доставочных платформ к бортовым выработкам для разгрузки производится по уголковым направляющим по горизонтальному направлению с помощью шахтных грузовых лебедок, расположенных в бермах по линии движения доставочных платформ. Количество доставочных линий - две. Первая доставочная линия обеспечивает выдачу из лавы на обе примыкающие к ней горные выработки блоки ископаемого 1-го уровня и емкости со штыбом из прорезных щелей. Вторая доставочная линия, расположенная в 3-м отделении призабойного рабочего пространства, обеспечивает выдачу блоков 1-го уровня также на обе бортовые горные выработки. На каждой доставочной линии циркулируют по две доставочные платформы. Одна из платформ ведет доставку блоков на левую примыкающую выработку, другая - на правую. Движение доставочных платформ обратно после разгрузки блоков производится с использованием маневровых лебедок, установленных на колесных тележках и находящихся в начале цикла выемки в средней части лавы. При работе маневровой лебедки по обеспечению движения порожней доставочной платформы колеса тележки находятся в заторможенном состоянии. По мере выдачи блоков 2-го уровня доставочными платформами 1-й линии вслед за перемещением фронта работ гидроопускателя от середины лавы к бортам перемещаются и маневровые лебедки 1-й доставочной линии, освобождая таким образом от растянутых тросов рабочее пространство 2-го отделения для погрузки блоков 1-го уровня на доставочные платформы 2-й линии. Аналогично, по мере подвигания фронта работ по погрузке и выдачи блоков 1-го уровня на доставочные платформы 2-й линии вслед за ним перемещается маневровая лебедка 2-й доставочной линии, высвобождая от растянутых тросов рабочее пространство 3-го отделения для перемещения в выработанное пространство вырезанных блоков для его частичной закладки.
Частичная закладка выработанного пространства вырезаемыми блоками ископаемого как способ управления кровлей применяется с целью обеспечения посадки кровли путем ее плавного прогиба без разрушения, недопущения концентрации напряжений в горных породах, их вывалов в призабойное пространство, уменьшения нагрузки на призабойную крепь. Блоки ископаемого для закладки в выработанное пространство перемещаются на металлических поддонах сверху вниз по падению пласта по пространству боковых отделений двух соседних секций крепи. Перемещение производится с помощью специального погрузочного устройства, установленного на колесной тележке, перемещающейся по уголковым направляющим 2-й доставочной линии.
Изобретение поясняется посредством чертежей, на каждом из которых показано следующее:
Фиг.1 - секция механизированной гидравлической крепи (аксонометрия): 1 - гидростойки 1-й линии; 2 - гидростойки 2-й линии; 3 - гидростойки 3-й линии, 4-основание крепи; 5 - перекрытие; 6 - гидродомкраты поперечной передвижки гидростоек; 7 - гидродомкраты фронтальной передвижки крепи; 8 - ниша для кабелеукладчика врубового агрегата; 9 - ниша для укладки эмульсионных и водяной магистралей для гидрорезной машины по прорезанию задней вертикальной щели; 10 - секции уголковых направляющих 1-й доставочной линии; 11 - секция уголковых направляющих 2-й доставочной линии; 12 - секция уголковых направляющих 1-го призабойного отделения; 13 - ниша для укладки эмульсионных и водной магистрали для гидрорезной машины по прорезанию поперечных щелей; 14 - ниша для магистрали подачи масла к гидродвителям перемещения гидрорезной машины прорезания поперечных щелей, гидродвигателя перемещения гидроопускателя, гидродвигателей погрузочных устройств доставочных платформ и гидродвигателя тягового устройства перемещения блоков в выработанное пространство; 15 - ниша для размещения эмульсионных магистралей для гидростоек и гидродомкратов секций крепи; 16 - ниша для размещения дегазационного газопровода; 17 - вертикальная панель для обеспечения устойчивости при передвижении врубового агрегата.
Фиг.2 - врубовый агрегат (фронтальной вид): 18 - электродвигатель; 19 - гидровставка; 20 - подающая часть; 21 - нижняя режущая часть; 22 - средняя режущая часть; 23 - верхняя режущая часть; 24 - режущий бар нижней щели; 25 - режущий бар средней щели; 26 - режущий бар верхней щели; 27 - корпус; 28 - направляющая лыжа; 29 - уголковая направляющая врубового агрегата; 30 - вертикальный приводной вал.
Фиг.3 - работа гидрорезной машины по прорезанию поперечных щелей, вид в плане: 31 - гидроусилитель гидрорезной машины; 32 - исполнительный гидрорежущий инструмент; 33 - гибкий рукав подачи воды сверхвысокого давления от гидроусилителя к исполнительному инструменту; 34 - рукав подачи первичной воды из магистрали к гидроусилителю; 35 - рукав подачи эмульсии от напорной магистрали к гидроусилителю; 36 - рукав выдачи отработанной эмульсии от гидроусилителя к сливной магистрали; 37 - подлежащие прорезанию поперечные щели; 38 - прорезанные поперечные щели; 39 - кромки ранее прорезанных врубовым агрегатом нижней, средней и верхней щелей; 40 - трос для передвижения гидрорезной мамины.
Фиг.4 - работа исполнительного гидрорежущего инструмента по прорезанию поперечных щелей, вид в профиль: 41 - гидрорежущая головка 2-стороннего бокового действия; 42 - гидрорежущая головка одностороннего бокового действия; 43 - гидроструи; 44 - нижняя щель; 45 - средняя щель; 46 - верхняя щель.
Фиг.5 - гидроопускатель, аксонометрия: 47 - перекрытие для приемки блоков ископаемого 2-го уровня; 48 - телескопические гидростойки удержания перекрытия; 49 - гидродомкраты для выемки блоков 2-го уровня; 50 - распорные гидростойки фиксации положения гидроопускателя; 51 - гидроцилиндры; 52 - блоки ископаемого 2-го уровня; 53 - блоки ископаемого 1-го уровня; 54 - штоки гидродомкратов для выемки блоков; 55 - строповочная балка; 56 - строповочные петли поддонов добычных блоков; 57 - штоки гидростоек; 58 - втулки гидростоек.
Фиг.6 - конструкция гидродомкрата для выемки блоков 2-го уровня, вид в плане: 51 - цилиндр; 59 - обойма; 54 - шток; 62 - держатель распорной гидростойки; 60 - поршень; 61 - клапан впуска эмульсии для перемещения поршня штока; 63 - выдвинутое положение распорной гидростойки; 64 - клапан впуска эмульсии для перемещения корпуса гидродомкрата.
Фиг.7 - погрузка на доставочные платформы 1-й линии блоков ископаемого 2-го уровня, вид в профиль: 51 - блок ископаемого 1-го уровня; 52 - блок ископаемого 2-го уровня; расположенный на перекрытии гидроопускатель в его нижнем положении; 65 - доставочная платформа 1-й линии; 66 - перекрытие гидроопускателя; 67 - борт доставочной платформы 1-й линии с забойной стороны, откинутый на перекрытие; 66 - левая щека полиспаста; 69 - правая щека полиспаста; 70 - тяговый трос.
Фиг.8 - металлический поддон под добычные блоки и тросовая оснастка, вид в плане.
Фиг.9 - металлический поддон под добычные блоки и тросовая и чехольная оснастка, вид в плане.
Фиг.10 - тяговый блок погрузочного устройства доставочной платформы, вид в плане: 70 - погрузочные тросы, идущие к барабанам от полиспастов; 71 - барабан, наматывающий трос при погрузке; 72 - система шестерен для передачи вращения от приводного вала к барабану; 73 - приводной вал; 74 - гидромотор.
Фиг.11 - погрузка блоков ископаемого 1-го уровня на доставочные платформы 2-й линии, вид в профиль: 53 - блок ископаемого 1-го уровня; 68 - левая щека полиспаста, застропованная с поддоном перемещаемого блока; 69 - правая щека полиспаста, стационарно связанная с правым бортом доставочной платформы; 70 - тяговый трос; 75 - доставочная платформа 2-й линии; 76 - двустворчатый борт платформы с забойной стороны.
Фиг.12 а и б - доставочные платформы 1-й и 2-й линии, фронтальный вид и вид в плане: 77 - корпус платформы; 78 - колеса; 79 - тяговый конвейер; 80 - приводной блок, 81 - ведущий барабан тягового конвейера.
Фиг.13 - конструкция тягового конвейера доставочной платформы, разрез по А-А: 82 - рештаки; 83 - тяговые цепи; 84 - тяговые звенья; 85 - роликовые катки.
Фиг.14 - перемещение блоков ископаемого в выработанное пространство, вид в плане: 86 - перемещаемый блок ископаемого; 68 - левая щека полиспаста; застропованная с петлей поддона перемещаемого блока; 69 - правая щека полиспаста; 70 - тяговый трос; 87 - захваты; 88 - гидромотор; 89 - барабан; 90 - штырь; 91 - трос для вытяжки поддона; 92 - боковая петля для вытяжки поддона.
Фиг.15 - конструкция гидродомкрата поперечной передвижки гидростоек, вид в плане: 93 - корпус; 94 - поршень; 95 - шток; 96 - заглушка; 97 - держатель; 98 - левая гидростойка; 99 - правая гидростойка; 100 - пространство перемещения блока под кровлю; 101 - пространство перемещения блока ископаемого в добычу; 102 - положение поршня при передвинутой правой гидростойке; 103 - положение правой гидростойки после передвижки; 104 - положение левой гидростойки после передвижки; 105 - положение корпуса гидродомкрата после передвижки левой гидростойки.
Фиг.16 - управление кровлей в очистном забое, последовательность операций, вид в плане: 106 - секция А, 107 - секция Б; 108 - секция В; 109 - секция Г; 110 - секция Д.
Механизированная крепь очистного комплекса состоит из секций, перемещающихся вслед за очистным забоем и соединенных между собой тремя линиями уголковых направляющих. Каждая секция состоит (см. Фиг.1) из 10 гидростоек, основания 4, перекрытия 5, 4-х гидродомкратов 6 поперечной передвижки гидростоек, двух гидродомкратов 7 фронтальной передвижки крепи, шести ниш для размещения кабелеукладчика, эмульсионных, водяных и масляных магистралей и дегазационного газопровода, а также секций трех линий уголковых направляющих. Секции имеют размены по длине лавы - 6,5 м, по направлению подвигания: по основанию крепи - 8,4 м, по перекрытию - 8,9 м.
Секции крепи имеют по направлению подвигания три отделения. Первое отделение предназначено для вырезания и выемки из призабойного массива блоков ископаемого и перемещения рабочих. В нем передвигаются врубовые агрегаты, гидрорезные машины, гидроопускатели и емкости со штыбом. Первое отделение ограничено с одной стороны грудью забоя, с другой стороны - 4-мя гидростойками 1-й линии 1 (см. Фиг.1). На основании крепи в 1-м отделении лежит секция уголковых направляющих для передвижения емкостей для приемки штыба из прорезных щелей и перемещения гидроопускателей 12. Под перекрытием в первом отделении устроены две ниши: нижняя 8 для размещения кабеля и кабелеукладчика для врубового агрегата, верхняя 9 - для размещения эмульсионных и водных магистралей и их укладчиков от гидрорезных машин по прорезанию задней вертикальной щели.
Второе отделение предназначено для передвижения доставочных платформ по выдаче из очистного забоя блоков ископаемого верхнего уровня и емкостей со штыбом из прорезных щелей. Второе отделение ограничено с одной стороны 4-мя гидростойками 1-й линии, с другой стороны - 4-мя гидростойками 2-й линии (см. Фиг.1). На основании крепи во втором отделении лежит секция уголковых направляющих 10. Под перекрытием крепи во 2-м отделении устроены две ниши: нижняя 13 предназначена для размещения эмульсионных магистралей для питания эмульсией гидростоек и гидродомкратов крепи, верхняя ниша 14 предназначена для размещения эмульсионных и водных магистралей для питания гидрорезных машин по прорезанию поперечных щелей. Во втором отделении четыре гидродомкрата 6 поперечной передвижки гидростоек 1 первой линии и 2 второй линии. Третье отделение предназначено для передвижения доставочных платформ 2-й линии по выдаче из очистного забоя блоков ископаемого нижнего уровня. Третье отделение ограничено с одной стороны 4-мя гидростойками 2-й линии, с другой стороны отделение ограничено двумя гидростойками 3-й линии. На основании крепи в 3-м отделении установлена секция уголковых направляющих. Под перекрытием крепи в 3-м отделении устроены две ниши. Нижняя ниша 15 предназначена для размещения магистралей подачи масла для питания гидромоторов погрузочных устройств на доставочных платформах и тяговых устройств для перемещения блоков ископаемого в выработанное пространство. Верхняя ниша 16 в третьем отделении предназначена для размещения в ней дегазационного газопровода для отсоса метана, выделяющегося в прорезных щелях разрабатываемого массива.
По длине очистного забоя пространство секции крепи также делится на три отделения: среднее и два боковых. По среднему отделению производится выемка, перемещение и погрузка на доставочные платформы блоков ископаемого нижнего и верхнего уровней. По боковым отделениям производится перемещения блоков ископаемого для закладки в выработанное пространство. Длина средней части по линии забоя составляет 5,2 м, длина каждой боковой части - 0,65 м.
Чтобы не загромождать пространство и не создавать препятствия при перемещении и погрузке блоков ископаемого на доставочные платформы, в исходном состоянии гидростойки 1-й и 2-й линий находятся в боковых частях секции. После завершения погрузки блоков ископаемого на данном участке очистного забоя в связи с необходимостью перемещения блоков ископаемого по боковым отделениям секций гидростойки 1-й и 2-й линий из боковых частей перемещаются в среднюю часть секций с помощью гидродомкратов поперечной передвижи 6.
Для обеспечения устойчивости секций на наклонной поверхности почвы очистного забоя при его работе с перемещением по восстанию пласта гидростойки 1-й и 3-й линий устанавливаются перпендикулярно плоскости пласта. Гидростойки 2-й линии устанавливаются в вертикальном положении, чтобы создать возможность вертикальной установки блоков ископаемого на доставочных платформах обоих доставочных линий.
Перемещение секций крепи вслед за очистным забоем производится с помощью двух гидродомкратов 7 фронтальной передвижки и осуществляется в два этапа: сначала с помощью выдвижения штоков гидродомкратов перемещается на 2,2 м основная часть секции, затем на втором этапе к ней подтягивается задняя часть секции. Основная часть секции включает основание, перекрытие и гидростойки всех трех отделений секции за исключением двух задних гидростоек 3-й линии вместе с частью основания и перекрытия над и под ними, а также гидродомкратами фронтальной передвижки. Передвижение основной части секции производится выдвижением штоков гидродомкратов при распертых гидростойках 3-й линии и полностью разгруженных гидростойках 1-й и 2-й линий. После передвижки основной части секции производится распор гидростоек 1-й и 2-й линий и разгрузка гидростоек 3-й линии. Передвижение задней части секции производится втягиванием гидроцилиндров домкратов 7 на ранее выдвинутые штоки.
Производственный цикл по добыче начинается рабочим ходом двух врубовых агрегатов от середины лавы к обоим бортам с прорезанием режущими базами трех щелей, параллельных плоскости пласта: нижней на границе с почвой, средней посередине мощности пласта и верхней на границе с кровлей пласта. Вслед за каждым врубовым агрегатом в работу вводятся по две гидрорезные машины: первая по прорезанию поперечных щелей, следующая за ней прорезает заднюю вертикальную щель. После вырезания блоков производится их погрузка на доставочные платформы. Предварительно производится выемка и опускание на нижний уровень верхних блоков с помощью гидроопускателей. Цикл заканчивается перемещением в выработанное пространство блоков ископаемого, предназначенных для закладки, и перемещением секций крепи.
Врубовый агрегат имеет электродвигатель 18 (см. Фиг.2), обеспечивающий прорезание 3-х щелей и через гидровставку 19 работу подающей части 20, обеспечивающей передвижение агрегата при рабочем и холостом ходе. Электроэнергию двигатель получает по кабелю, размещенному в нижней нише 8 (см. Фиг.1). При движении агрегата в нише 8 с помощью кабелеукладчика производится непрерывно переукладка кабеля для поддержания его равномерного размещения по длине нише по всей длине лавы. Исполнительные органы врубового агрегата состоят из нижней режущей части 21, средней режущей части 22 и верхней режущей части 23. Каждая режущая часть имеет режущий бар для прорезания щели, расштыбовщик и систему шестерен для передачи вращения от общего вертикального приводного вала 30 к режущему балу. Устойчивость передвижения агрегата в горизонтальном направлении по наклонной поверхности почвы пласта обеспечивается по низу движением колес агрегата с противоположной от забоя стороны по уголковой направляющей, состыкованной с уголковой направляющей с забойной стороны колеи для перемещения емкостей для аккумулирования штыбов, поступающих из прорезных щелей. Устойчивость перемещения врубового агрегата в его верхней части обеспечивается скольжением его лыжи 28 по направляющей вертикальной панели 17 (см. Фиг.1),закрепленной к перекрытию крепи в 1-м отделении.
Прорезание гидрорезной машиной поперечных щелей производится участками по длине лавы, равными 30 м. Прорезание ведется одновременно двумя исполнительными гидрорежущими инструментами 32 (см. Фиг.3) по обе стороны неподвижной гидрорезной машины 31. Прорезание поперечных щелей производится водой сверхвысокого давления (до 300 МПа), которая создается в гидроусилителе, расположенном в корпусе гидрорезной машины 31, и по гибкому рукаву 33 подается к исполнительному инструменту. Первичная вода в гидроусилитель подается по рукаву 34, который подключается к штуцеру водяной магистрали. Эмульсия поступает в гидроусилитель по рукаву 35 и отработанная уходит по сливному рукаву 36. Оба рукава через штуцеры, установленные под каждой секцией, связаны со своими магистралями.
Исполнительный гидрорежущий инструмент для прорезания поперечных щелей 32 (см. Фиг.4) состоит из 3-х тонких трубок, выполненных из титанового сплава, на концах которых установлены гидрорежущие головки 41 и 42, и вертикальной трубки для подачи воды сверхвысокого давления, поступающей по гибкому рукаву 33. Гидрорежущий инструмент имеет упор для плеча и курок для включения подачи воды сверхвысокого давления на гидрорежущие головки. Инструмент предназначен для ручного управления гидрорезанием оператором-гидрорезчиком. Инструмент своими трубками вводится одновременно в верхнюю, среднюю и нижнюю щели 44, 45 и 46 на всю их глубину 2,2 м на стыке между поддонами. После этого другой оператор, находящийся возле гидроусилителя, включает подачу воды сверхвысокого давления на исполнительный инструмент. Оператор-гидрорезчик нажимает курок и, убедившись в появлении гидроструй в щелях, начинает медленно выводить инструмент из щели наружу. При этом гидроструи, истекающие из боковых форсунок гидрорежущих головок, рассекают массив ископаемого и при движении инструмента образуют поперечную вертикальную щель 37.
Прорезание задней вертикальной щели производится второй гидрорезной машиной, которая работает на данном участке после окончания прорезания поперечных щелей. Этим заканчивается вырезание из массива блоков ископаемого на данном участке.
К этому моменту должна быть закончена выдача из очистного забоя на этом участке емкостей, заполненных штыбом из прорезных щелей. Выемка и погрузка блоков ископаемого начинается с блоков 2-го уровня 52 (см. Фиг.5) с помощью гидроопускателя, который подтягивается к данному участку лавы по колее 12. Гидропускатель состоит из перекрытия 47 для приемки блоков ископаемого верхнего уровня, двенадцати телескопических гидростоек 48, удерживающих перекрытие, четырех гидродомкратов 49 для выемки блоков ископаемого верхнего уровня из массива на перекрытие и четырех распорных гидростоек 50 для фиксации положения гидроопускателя при выемке блоков.
Вытягивание блоков ископаемого верхнего уровня на перекрытие состоит из следующих операций. Сначала производится выдвижение штоков 54 (см. Фиг.5), вместе с которыми происходит вынос в боковые части 2-го отделения секции крепи распорных гидростоек 50. После распора гидростоек производится втягивание гидроцилиндров 51 на ранее вытянутые штоки 54. При втягивании гидроцилиндров 51 последние перемещают за собой совмещенную с ними строповочную балку 55, которая стержневыми штырями застропована со строповочными петлями 56 поддонов добычных блоков.
Опускание блоков верхнего уровня до высоты рабочей поверхности доставочных платформ 1-й линии производится одновременным во всех двенадцати телескопических гидростойках 48 втягиванием сначала штоков 57 во втулки 58 гидростоек, а затем втулок 58 в гидроцилиндры. При этом производится опускание сразу шести блоков ископаемого.
На Фиг.6 представлена конструкция гидродомкратов для выемки добычных блоков верхнего уровня из призабойного массива. Гидродомкрат состоит из цилиндра 51, обоймы 59, закрепленной к корпусу гидроопускателя, штока 54, имеющего держатель 62 и клапан впуска напорной эмульсии 64 пли выдвинутом положении поршня. Для выдвижения штока гидродомкрата через клапан 61 производится впрыск напорной эмульсии, вследствие чего поршень 60 переходит в крайне правое положение. С выдвижением штока прикрепленная к нему держателем 62 распорная гидростойка занимает также крайнее правое положение 63.
На Фиг.7 представлена схема погрузки блоков 52 верхнего уровня на доставочную платформу 65 первой линии. Вес перемещаемых блоков при удельном весе 1,45 т/м3 составляет 14,8 т. Расстояние перемещения блоков при погрузке - 3 м. При коэффициенте трения скольжения стали металлического поддона о сталь борта платформы, по которому производится перемещение, равном 0,17, сила трения скольжения, которую необходимо преодолевать, составляет 2,5 т. Тогда объем работы составляет 2,5 т×3 м=7,5 тыс.кгм. Для перемещения блока на платформу при этих условиях мощность погрузочного устройства должна составлять
7500 кгм:5 сек=1500 кгм/сек=20 л.с.=14,7 кВт.
Погрузка производится путем перемещения блоков из нижнего положения перекрытия 47 гидроопускателя по откинутому в сторону забоя борту 67 доставочной платформы с помощью полиспаста 68, стационарно установленного на доставочной платформе. Полиспаст состоит из левой и правой щек с установленными на них роликами и огибающим их тросом. Левая щека 66 полиспаста стропуется к петлям металлического поддона перемещаемого блока ископаемого. Правая щека 69 стационарно прикреплена к правому борту платформы. Натяжение троса 70 погрузочного устройства для перемещения блока производится на одном из барабанов 71 (см. Фиг.10) тягового блока, установленного на задней площадке доставочной платформы.
После выемки блоков ископаемого из верхнего и нижнего уровней перед погрузкой их на доставочные платформы на них одевается тросовая или, если это предусмотрено, тросовая и чехольная оснастка. Тросовая оснастка (см. Фиг.8) необходима для производства подъемов и опусканий блоков ископаемого при погрузочно-перегрузочных работах. Тросовая оснастка стационарно скреплена с металлическими поддонами и компактно доставляется в очистной забой вместе с ними при доставке и разгрузке порожних емкостей для аккумулирования штыбов из прорезных щелей.
При разработке ископаемого малой крепости, когда ископаемое после выемки из массива блоками склонно к разрушению, кроме тросовой, используется также и чехольная оснастка блоков (см. Фиг.9), которая также одевается на блоки сразу после их выемки. Блок, плотно сидящий на металлическом поддоне, плотно оборачивается по бокам сплошным чехольным прочным полотном, а затем обтягивается косами, которые стропуются со всех сторон к поддону. При этом наверху блока по центру площадки блока должно находится центральное строповочное кольцо, к которому приварена сверху металлическая строповочная петля, использующаяся для подъема блоков ископаемого при погрузочно-перегрузочных работах.
На Фиг.10 приведена в плане схема устройства тягового блока погрузочного устройства. Тяговый блок состоит из шести барабанов, по одному на каждое загрузочное место на доставочной платформе. На каждом барабане наматывается тяговый трос для погрузки блоков ископаемого на соответствующее погрузочное место. Тяговый трос от барабанов через обводные блоки идет по борту платформы со стороны выработанного пространства к соответствующему погрузочному месту, где расположен полиспаст, используемый для погрузки блоков ископаемого. Барабан получает вращение приводного вала 73 через систему шестерен 72. Приводной вал приводится во вращение гидромотором 74 типа ДП4 мощностью 29 кВт.
На Фиг.11 приведена схема погрузки блоков ископаемого нижнего уровня на доставочные платформы 2-й линии. Погрузка блоков производится при откинутом с забойной стороны борте доставочной платформы. Перемещение блока пли его погрузке производится на расстояние 9 м. Объем работы по перемещению блока составляет 2,5 т×9 м=22500 кгм. При мощности погрузочного устройства 29 кВт время перемещения блока на платформу составит
Доставочные платформы 1-й и 2-й линий состоят из корпуса 77 (см. Фиг.12) с двумя бортами, передвигающегося на колесах 78 по горизонтально уложенным уголковым направляющим, тягового конвейера 79 с приводным блоком 30, ведущего барабана 81, натяжного барабана с противоположной стороны, гидромотора 74, барабанов 72 тяговых блоков с системой шестерен и ведущим валом и тяговых тросов 70. Доставочные платформы имеют размеры: по длине 21,5 м, по ширине - 2,7 м. На рабочей поверхности доставочной платформы размещаются 6 добычных блоков. Размещение блоков ископаемого на платформе соответствует их положению в призабойном массиве при их выемке и погрузке. Доставочные платформы предназначены для выдачи добычных блоков ископаемого из очистного забоя. Движение доставочной платформы с грузом добычных блоков к бортовым горным выработкам производится в горизонтальном направлении по уголковым направляющим с помощью шахтных грузовых лебедок ЛШГ, расположенных в бермах прилегающих горных выработок. Вес доставочной платформы с грузом составляет 110 т. При диаметре стальных колес доставочной платформы 0,14 м коэффициент сопротивления трения качения движению платформы по стальным уголковым направляющим составляет 0,015. Поэтому сила сопротивления движению из-за трения катания равна 1,65 т, что меньше тягового усилия лебедки ЛШГ, равного 1,8 т. При обратном движении доставочной платформы без груза сопротивление движению в связи с трением качения составляет 0,3 т. Поэтому перемещение производится с использованием маневровой лебедки, устанавливаемой на колесных тележках в середине лавы.
Устойчивость передвижения доставочных платформ с грузом блоков ископаемого в горизонтальном направлении по наклонной поверхности почвы лавы обеспечивается:
- вертикальной установкой блоков ископаемого (см. Фиг.7) при наклонном положении плоскости платформы;
- вертикальной установкой колес доставочной платформы;
- горизонтальностью контактной рабочей поверхности уголковых направляющих, секции которых в средней части жестко соединены с основанием крепи;
- незначительной высотой 0,31 м рабочей поверхности платформы от почвы лавы при достаточно большой ее ширине 2,7 м.
Разгрузка блоков ископаемого с доставочных платформ на бортовых горных выработках осуществляется тяговым конвейером, устанавливаемым сверху на корпусе доставочных платформ. Тяговый конвейер включает рештаки 82 (см. Фиг.13), установленные сверху на корпусе платформы по всей ее длине, тяговые цепи 83, перемещающиеся по направляющим, тяговые звенья 84, соединенные по бокам с цепями и перемещающиеся под грузом на роликовых катках 85, приводной блок 80 (см. Фиг.12 б), расположенный на задней площадке с забойной стороны, ведущую 81 и натяжную головки, расположенные на концах конвейера.
При разгрузке блоков ископаемого с доставочной платформы тяговое усилие разгрузочного конвейера должно преодолевать силу трения качения, определяемую согласно (2) формулой
где Ккат - коэффициент трения катания, см;
Р - прижимающая сила, т;
r - радиус колес, см.
Коэффициент трения качения для колес со стальным бандажом, катящихся по стальному рельсу, равен 0,05 с. Прижимающая сила в рассматриваемом случае - это суммарный вес груза 14,8 т×6=83,8 т.
Тогда сила сопротивления перемещению блоков при их разгрузке равна
Расстояние перемещения блоков при их разгрузке составляет 3,9 м. Объем работы при разгрузке одного блока равен 0,634 т×3,9 м=2473 кгм.
Время разгрузки одного блока составит
Управление кровлей в очистном забое ведется путем частичной закладки выработанного пространства блоками ископаемого. Блоки ископаемого, предназначенные для закладки, имеют размеры 2,2 м×1,3 м. Высота блоков меньше мощности пласта на суммарную толщину прорезных щелей, параллельных плоскости пласта, 0,14 м×3=0,42 м. Эти блоки вырезаются на каждом цикле и перемещаются в сторону выработанного пространства в зоне боковых частей секций крепи с помощью тяговых устройств. Перемещение блоков производится на каждой секции по всей длине лавы. Расстояние перемещения блоков - 9,8 м. Блоки перемещаются вплотную к перемещенным блокам в предыдущих циклах, образуя при этом посадочные полосы. На эти полосы производится естественная посадка кровли путем ее плавного прогиба без образования концентрации напряжений в горных породах, трещинообразования и вывалов. Вес перемещаемых блоков - 14,8 т. Как и добычные блоки, блоки под кровлю перемещаются также на металлических поддонах сверху вниз по падению пласта. На пути перемещения блоков имеются препятствия в виде установленных гидростоек 1-й и 2-й линий и концов 3-х секций уголковых направляющих, расположенных в 1-м, 2-м и 3-м отделениях крепи. Перемещение гидростоек 1-й и 2-й линий производится механизированно с помощью гидродомкратов поперечной передвижки путем их передвижения в средние части соседних секций на расстояние 0,65 м. Удаление концов уголковых направляющих с пути перемещения блоков под кровлю производится путем откидывания шарнирно соединенных концов в среднюю часть соседней секции. При этом в 1-м и 2-м отделениях уголковые направляющие удаляются на ширину 1,3 м, равную ширине перемещаемого блока. В 3-м отделении уголковые направляющие удаляются в сторону средней части соседней секции еще на 1,3 м, что необходимо для вытяжки поддона из-под перемещенного блока.
Перемещение блоков ископаемого под кровлю производится с использованием тягового устройства, состоящего из полиспаста и тягового блока, который устанавливается на колесной тележке в 3-м отделении. Левая щека 68 (см. Фиг.14) полиспаста стропуется с петлей поддона 56. Правая щека полиспаста 69 захватами 87 закрепляется за задние кромки оснований 4 двух соседних секций крепи. Тяговое усилие для перемещения блока ископаемого под кровлю создается вращением барабана 89 тягового блока. Барабан приводится во вращение гидромотором 88 типа ДП4 мощностью 29 кВт.
Коэффициент сопротивления трения скольжения при перемещении блока при трении стали поддона о сталь основания крепи равен 0,17. Поэтому сила сопротивления перемещению из-за трения скольжения равна 14,8 т×0,17=2,5 т.
Блок ископаемого перемещается с использованием полиспаста только на 9 м, поскольку для перемещения его вплотную к посадочной полосе препятствием являются сами щеки полиспаста. Объем работы по перемещению блока ископаемого под кровлю на расстояние 9 м равен
2,5 т×9 м = 2500 кгм.
С использованием для перемещения гидпомотора ДП4 мощностью 29 кВт время перемещения будет равно
Додвижка блоков ископаемого вплотную к посадочной полосе производится обратным ходом предварительно выдвинутых штоков гидродомкратов фронтальной передвижки 7 соседних секций. На штоки гидродомкратов 7 устанавливается штырь 92, который затем стропуется с петлей 56 поддона. После задвижки блока обратным движением штоков он занимает положение в конце третьего отделения секции крепи вплотную к посадочной полосе.
После перемещения блока в заданное положение производится вытяжка поддона из-под блока. Вытяжка производится путем наматывания на барабан 89 вытяжного троса 91, застропованного к боковой петле 92 поддона. Перед вытяжкой положение блока фиксируется упором в его массив ранее откинутых в 3-м отделении концов уголковых направляющих 2-й линии. На Фиг.15 представлено в плане конструктивное устройство гидродомкрата поперечной передвижки гидростоек 1-й и 2-й линий крепи. В корпусе 93 находится поршень 94 со штоком 95. Под действием напорной эмульсии поршень может перемещаться в правую сторону до упора в заглушку 96. При перемещении штока последний перемещает с помощью держателя 97 правую гидростойку из положения 99 в новое положение 103. На втором этапе под действием напорной эмульсии, попадающей в пространство между заглушкой 96 и новым положением поршня 102, происходит перемещение корпуса 93 гидродомкрата в новое положение 105. Вместе с корпусом происходит перемещение левой гидростойки 96 в ее новое положение 104. Возвращение гидродомкрата в исходное состояние происходит в процессе обратного выполнения последовательности операций.
На Фиг.16 представлена последовательность выполнения операций, связанных с управлением кровлей: поперечное передвижение гидростоек 1-й и 2-й линий, перемещение блоков ископаемого в 3-е отделение, их додвижка к посадочным полосам и передвижение обоих составляющих секции крепи. Так, если в секции Д еще ни одной операции не произведено, то в секции Г производится передвижка блока ископаемого в 3-е отделение под кровлю, и на пути его перемещения передвинуты гидростойки 1-й и 2-й линий. В секции В произведена передвижка основной части секции. Секция Б передвинута полностью, однако гидростойки 1-й и 2-й линий не возвращены в исходное состояние. В секции А выполнены все операции по передвижению.
В соответствии с поставленной целью изобретения - совершенствование технологии и оборудования, обеспечивающих высокую производительность, безопасность, экологичность и экономическую эффективность, - произведем оценку этих показателей исходя из возможностей оборудования, представленного в изобретении.
Производительность очистного комплекса
Определим возможную техническую производительность очистного комплекса вначале по количеству возможных циклов по вырезанию блоков ископаемого. Скорость подачи врубового агрегата при рабочем ходе составляет 2,8 м/мин (по технической характеристике врубовой машины Урал-33, составные части которой составляют также весь врубовый агрегат).
Скорость прорезания щелей гидрорезными машинами может быть только больше. Тогда время подрубки 2-мя врубовыми агрегатами всего призабойного массива по вырезанию блоков ископаемого составит 170 м:2,8 м/мин=60,7 мин. Время обратного холостого хода 170 м:6,1 м/мин=21 мин. С учетом заключительных операций цикла его общую продолжительность можно принять 90 мин. Тогда за смену количество возможных циклов по вырезанию блоков ископаемого составляет 360 мин:90 мин=4 цикла.
Количество подлежащих выдаче из лавы блоков ископаемого весом 14,8 т и размером 2,6 м×2,2 м×1,79 м (при мощности пласта 4 м) составляет
Здесь 340 м - длина лавы; 6,5 м - длина секции крепи; 4 - количество вырезаемых добычных блоков, приходящееся на одну секцию крепи.
Кроме выдачи 208 добычных блоков с каждого цикла, подлежит также выдаче добыча в виде штыбов из прорезных щелей в количестве 52 емкостей со штыбом. Поскольку размеры емкостей такие же, как и добычных блоков, то для подсчета необходимого количества грузомест их можно складывать. Так что подлежит выдаче с каждого цикла 208+52=260 грузоединиц. Тогда для выдачи грузов с 4-х циклов выдаче будет подлежать 1040 грузоединиц.
Определим теперь среднюю продолжительность оборота одной доставочной платформы при выдаче грузов из забоя.
1. Погрузка блоков ископаемого на доставочную платформу.
Операции:
- опускание борта платформы с забойной стороны; выполняется 2-мя рабочими, продолжительность - 1 мин;
- фиксация положения платформы пристегиванием захватов платформы к ближайшим гидростойкам; выполняется 1-м рабочим, продолжительность 0,5 мин;
- подключение рукавов гидромотора к штуцерам магистрали подачи масла; выполняется 1-м рабочим, продолжительность - 0,5 мин;
- строповка 6-ти полиспастов к петлям 6-ти поддонов 2-м рабочим, продолжительность выполнения - 1 мин;
итого продолжительность подготовительных операций - 2 мин;
- управление перемещением блоков ископаемых на доставочную платформу; управление ведется 1-м рабочим за вращением погрузочных барабанов тягового блока платформы, продолжительность операции - 1 мин;
- расстроповка полиспастов от петель поддонов передвинутых блоков, выполняется 2-м рабочим, продолжительность - 1 мин;
итого продолжительность погрузки - 1 мин;
- отключение рукавов гидромотора от штуцеров магистрали подачи масла; выполняется 1-м рабочим, продолжительность - 0,5 мин;
- отсоединение захватов фиксации положения платформы, выполняется 2-м рабочим, время выполнения - 0,5 мин;
- подъем борта платформы, выполняется 2-мя рабочими, время выполнения 1 мин;
итого заключительные операции - 1,5 мин;
итого продолжительность погрузки: 2 мин+1 мин+1,5 мин=4,5 мин.
2. Время движения доставочной платформы к бортовой выработке
3. Разгрузка платформы, операции:
- подсоединение кабеля электродвигателя приводного блока тягового конвейера к муфте и включение пускателя подачи электроэнергии на электродвигатель, выполняется 1-м рабочим, время выполнения 0,5 мин;
- опускание торцевого борта платформы, выполняется 2-м рабочим, время выполнения 0,5 мин;
итого время выполнения подготовительных операций 0,5 мин;
- разгрузка, перемещение блоков ископаемого с платформы на транспортные тележки на бортовой выработке 5 сек×6 бл.=30 сек=0,5 мин;
- отключение пускателя и отсоединение кабеля в муфте, время 0,5 мин;
- подъем торцевого борта платформы, время выполнения 0,5 мин;
обе операции выполняются двумя рабочими за 0,5 мин;
итого время разгрузки платформы равно 0,5 мин+0,5 мин+0,5 мин=1,5 мин.
4. Время движения платформы к месту погрузки - 0,75 мин.
Итого время оборота доставочной платформы при выдаче груза
4,5 мин+0,75 мин+1,5 мин+0,75 мин=7,5 мин.
Производительность доставочного процесса равна:
одной платформой 6 грузомест:7,5 мин=0,8 грузоединиц/мин;
четырьмя платформами 0,8×4=3,2 грузоединиц/мин.
Количество грузоединиц за смену 4-мя доставочными платформами
3,2 груз. един./мин×360 мин=1152 грузоединицы, что больше, чем 1040 грузоединиц. Поэтому технические возможности очистного комплекса по добыче за смену - это объем добычи за четыре производственных цикла. Объем добычи за один цикл равен
340 м×2,2 м×4 м×1,45 т/м3×0,85=3687 т.
Производительность очистного комплекса за смену составит
3687 т×4 цикла = 14750 т.
Суточная техническая производительность очистного комплекса при 3-сменной работе комплекса в сутки по добыче равна
14750 т×3 = 44250 т.
Эта величина технической производительности очистного комплекса более чем в два паза превышает рекорд суточной производительности, достигнутый в 2005 г. на шахтах Кузбасса при использовании наиболее прогрессивных зарубежных видов очистных комплексов и в десять раз превышает средний уровень нагрузок на очистные забои с механизированными комплексами, работающими в аналогичных условиях разработки пологих пластов мощностью 4 м.
Основная причина этого состоит в том, что в технологии очистных работ и в конструкции очистного комплекса, реализующих эту технологию, заложены пионерные, качественно новые решения добычи ископаемого крупными блоками без разрушения призабойного массива. Это позволило при выемке ископаемого увеличить ширину захвата с 0,63 м, имеющуюся у существующих очистных комплексов, до 2,2 м, т.е. в 3,5 раза. Другое новое пионерное решение, заложенное в технологию и конструкцию очистного комплекса, - использование в качестве средств доставки вместо скребковых конвейеров двух доставочных линий с четырьмя доставочными платформами, выдающими добываемое ископаемое сразу на обе примыкающие горные выработки, что позволило получить три новых весьма блогоприятных эффекта:
1) увеличить в два раза длину лавы с 170 м, какую имеют существующие очистные комплексы, до 340 м, что позволило создать в лаве одновременно два выемочных процесса с двумя врубовыми агрегатами и 4-мя гидрорезными машинами, что также дало удвоение технической производительности;
2) увеличить в пять раз производительность доставочного процесса с существующих 600 т/час, которую имеют скребковые конвейера новых образцов СП202М, СП87ПМ, СУ ОКП70, СП 301 и др., до 3000 т/час и более, что имеют две доставочные линии, оборудованные 4-мя самозагружающимися и саморазгружающимися доставочными платформами с выдачей добычи не на одну транспортную выработку (как у существующих очистных комплексов), а на две;
3) создать автономность, независимость выемочных и доставочных процессов в очистном забое от транспортных процессов на примыкающих горных выработках и на общешахтном транспорте: так, сбои на внелавном транспорте совершенно не влияют на выемочные работы врубовых агрегатов, гидрорезных машин и гидроопускателей, поскольку техническая возможность работы врубовых агрегатов и гидрорезных машин не зависит даже от доставочного процесса в очистном забое; остановка же доставочного процесса в лаве может возникнуть лишь при длительных остановках в работе общещахтного транспорта, поскольку при кратковременных сбоях транспорта на примыкающих к лаве горных выработках доставочный процесс в лаве не прекращается: разгрузка блоков ископаемого с доставочных платформ производится в зоне сопряжений в лаве до восстановления транспортного процесса на примыкающих горных выработках, а выдача ископаемого на бортовые выработки после восстановления производится с помощью лебедок ЛШГ, расположенных в бермах. Все это позволяет исключить появление в лаве вынужденных простоев, имеющих большой удельный вес на действующих шахтах, и не менее чем в полтора раза увеличить коэффициент машинного времени, что дает соответствующее увеличение производительности очистного забоя.
Эти два крупных пионерных технических решения, которые заложены в данное изобретение: неразрушение в россыпь ископаемого путем добычи крупными блоками и не применение в лаве скребковых конвейеров позволяет, практически не снижая производительности, отрабатывать пласты ископаемого, залегающие в сложных горногеологических условиях, которые повсеместно распространены. Это твердые включения в пласте в виде колчеданов, линз и валунов, мелкоамплитудная нарушенность пластов горными породами, сложная гипсометрия залегания разрабатываемых пластов и наличие мульд. Благодаря этому внедрение изобретения в больших объемах позволит увеличить многократно средние нагрузки на очистные забои на уровне шахт и регионов, реализовать крупные пионерные решения в создании очистного оборудования качественно нового уровня в больших масштабах.
Безопасность и экология очистных работ
Добыча ископаемого крупными блоками вместо его разрушения в россыпь, замена комбайнов со шнековыми исполнительными органами на врубовые агрегаты и гидрорезные машины, а скребковых конвейеров с их цепями и скребками - на доставочные линии, а также переход от полного обрушения кровли в выработанном пространстве на его частичную закладку позволяет поднять уровень безопасности и экологии очистных работ на качественно более высокий уровень.
В связи с опережающим выемку ископаемого прорезанием в пласте глубоких щелей врубовыми агрегатами по всей длине лавы у почвы и кровли пласта и посередине его мощности создается высокая безопасность для безопасной отработки выбросоопасных угольных пластов.
Неразрушение в россыпь при добыче ископаемого, как это происходит сейчас в существующих очистных комплексах, позволяет многократно сократить запыленность атмосферы очистного забоя угольной пылью, создать по-настоящему экологически чистое производство. Извлекаемые из массива блоки ископаемого закрываются чехольной оснасткой, которая затем плотно затягивается тросовой оснасткой. Штыб, выдаваемый режущими барами врубовых агрегатов из верхней и средней щелей, также сразу попадает в аккумулирующие емкости, куда также засасывается штыб из прочих щелей, находящийся на почве лавы, пылесосами ПШ-150, установленными на агрегатах. Этим локализуются пылесоздающие источники. Отсутствие угольной пыли в атмосфере горных выработок, на их боковых поверхностях и на почве не только в лаве, но и по пути всего движения добычи позволяет решить не только важнейшую экологическую задачу, но также и полностью исключить саму возможность появления наиболее опасных газопылевых взрывов.
Добыча ископаемого крупными блоками позволяет многократно сократить также газообильность очистных выработок, несколько ликвидируются газопоступления из добываемого ископаемого и из выработанного пространства. Выдаваемые на поверхность блоки ископаемого имеют крупные размеры: 2,6 м×2,2 м×1,8 м, поэтому их остатоточная газоносность достигает 70%. Поэтому только 30% газа, содержащегося в ископаемом, выделяется в очистной выработке. Эти выделения происходят в щелях, прорезаемых врубовыми агрегатами и гидрорезными машинами. Но и там только 1/3 этих выделений, т.е. 10% от приходной газоносности, попадает в атмосферу очистного забоя, поскольку остальные газовыделения через секционные рукава, которые вкладываются в глубину прорезаемых врубовыми агрегатами щелей через каждые 6,5 м по длине лавы, отсасываются в магистральный дегазационный газопровод, размещенный в верхней нише под перекрытием в 3-м отделении. Газопоступлений из выработанного пространства также нет, поскольку управление кровлей принято частичной закладкой выработанного пространства блоками ископаемого. Поэтому газ из спутников в выработанное пространство не поступает. Из оставляемых в выработанном пространстве блоков ископаемого поступать он также не может, поскольку оставляемые там блоки ископаемого находятся под большим горным давлением.
В связи с изложенным газообильность очистных выработок может составлять не более 10% от природной газоносности. Последнее вместе с большой площадью поперечного сечения призабойного пространства, до 40 м2, создает возможность безопасного ведения очистных работ по газово-фактору, имея при газоносности до 20 м3/т нагрузку на очистной забой более 40 тыс.т/сутки. Большая площадь не загроможденного проходного сечения призабойного рабочего пространства для свободного движения воздуха создает возможность подачи его в достаточном количестве, а также обеспечить непоявление застойных воздушных зон, загазовываний, недопущения высоких температур в очистном забое.
Применение управления кровлей частичной закладкой выработанного пространства вырезаемыми блоками ископаемого с созданием сплошных посадочных полос для посадки на них кровли путем ее плавного прогиба позволяет не допускать опасных концентраций напряжений в горных породах кровли, незначительные нагрузки на призабойную механизированную крепь, отсутствие заколов, трещинообразований, вывалов и обрушений пород кровли в призабойное пространство, обеспечить устойчивость технологических обнажений кровли, не допустить травмирования рабочих обрушающимися породами кровли.
Необрушение кровли в выработанном пространстве, ее плавный прогиб и посадка на оставляемые полосы ископаемого в выработанном пространстве создают возможность не допускать появления гидравлической связи с вышерасположенными водонасыщенными горными породами или водоносными горизонтами. В связи с этим создается возможность сокращения выдачи на поверхность шахтных кислотных и щелочных вод в связи с уменьшением водопритоков в горные выработки. В связи с необрушением кровли в выработанном пространстве не происходит потерь запасов полезных ископаемых, залегающих над разрабатываемым пластом и попадающих в зону разрушения. В связи с плавным прогибом и оседанием ее по мере раздавливания оставляемых полос отсутствует необходимость оставлять нетронутыми большие площади шахтных полей разрабатываемых пластов под находящимися на поверхностями водоемами, промсооружениями, жилыми массивами, железными дорогами, чем ликвидируются значительные потери запасов.
Экономическая эффективность
1. Небольшая стоимость очистного оборудования 60 млн руб., обусловленная малой металлоемкостью и отсутствием сборочных единиц, сложных в изготовлении.
2. Высокая производительность труда рабочего по лаве - 240 т/выход.
3. Низкие энергозатраты на добычу - 0,9 кВтчас/т.
4. Весьма низкая участковая себестоимость добычи - 10 руб./т.
5. Высокий уровень концентрации горных работ, нагрузка на забой
6. В связи с длинными лавами небольшой удельный объем проведения подготовительных горных выработок на 1000 т запасов.
7. Не требуется приобретения дорогостоящих ленточных конвейеров и сооружения на поверхности скиповых подъемов.
8. Отсутствие необходимости ведения вспомогательных производств: обогащения, осушения, дегазации.
9. При транспортировке ископаемого по ж.д. транспорту крупными блоками в полтора газа сокращается стоимость ж.д. перевозок в связи с увеличением вместимости вагонов (за счет увеличения в полтора раза удельного веса ископаемого в вагонах от "в насыпке" к "в массиве", а также за счет сокращения затрат на погрузочно-разгрузочных работах. Последнее особенно важно при поставках на большие расстояния из Западной и Восточной Сибири в европейские регионы России, на Дальний Восток и на экспорт).
10. Значительное сокращение стоимости морских перевозок ископаемого крупными блоками по сравнению с россыпным ископаемым, сокращение затрат при загрузке суден на терминалах, в морских портах, в приграничных станциях, сортировочных базах в связи с уменьшением стоимости погрузочно-перегрузочных работ, сокращении занимаемого пространства.
11. Возможность увеличения стоимости ископаемого либо повышения ее конкурентоспособности за счет повышения ее потребительской ценности
- при поставке ее предприятиям
а) за счет его несмерзания в зимнее время и не самовозгораемости в крупных блоках;
б) за счет увеличения его теплотворной способности в связи с высокой остаточной газоносностью;
- при поставках угля населению за счет повышения культуры потребления угля путем предварительной распиловки угольных блоков на брикеты с их оптимальной комплектацией и упаковкой.
Литература
1. Комплексная механизация и автоматизация очистных работ в угольных шахтах. Под общей редакцией Б.Ф.Братченко. М.: "Недра", 1977, с.415.
2. Путилов К.А. Курс физики, т.1. М.: Физматгиз, 1962, 560 с.
Изобретение относится к горному делу, а именно к подземной разработке залегающих пологими пластами полезных ископаемых, ведущейся лавами по восстанию пласта при погоризонтной схеме подготовки месторождения. Обеспечивает высокую производительность, безопасность, экологичность и эффективность работы комплекса. Комплекс включает секции механизированной крепи оградительного типа, гидрорезные машины, доставочные платформы 1-й и 2-й линий, два врубовых агрегата. Гидрорезные машины оснащены исполнительными органами с гидрорежущими головками для вырезания из призабойного массива ископаемого крупными блоками с помощью воды сверхвысокого давления. Доставочные платформы предназначены для доставки блоков на обе примыкающие к лаве горные выработки по двум параллельно уложенным линиям уголковых направляющих с помощью шахтных грузовых лебедок. Блоки ископаемого частично предназначены для закладки выработанного пространства с образованием посадочных полос. Врубовые агрегаты предназначены для прорезания щелей, параллельных плоскости пласта, от середины лавы к ее бортам. Каждый из них состоит из электродвигателя, гидровставки, подающей части, обеспечивающей движение агрегата при работе и на холостом ходу и работу трех режущих частей. Работа всех режущих частей обеспечивается одним вертикальным валом, получающим вращение от общего двигателя. Врубовый агрегат снабжен катками для его передвижения впритык к груди очистного забоя: со стороны забоя по почве, с противоположной стороны по жестко связанной с основанием секции крепи уголковой направляющей. Рабочая поверхность направляющей выполнена горизонтальной, а ее боковая планка - вертикальной. Устойчивость врубового агрегата при движении также обеспечивается упором лыжи в верхней части агрегата при ее скольжении по вертикальной панели, установленной на консоли перекрытия и проложенной по всей длине лавы. 6 з.п. ф-лы, 17 ил.
| СПОСОБ КАРИМАНА ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ ИСКОПАЕМЫХ | 2003 |
|
RU2269003C2 |
| УГОЛЬНЫЙ КОМБАЙН | 2000 |
|
RU2167290C1 |
| Способ разработки складчатых пластов полезных ископаемых | 1989 |
|
SU1716135A1 |
| Способ селективной выемки пластов полезных ископаемых | 1990 |
|
SU1786262A1 |
| Устройство для добычи блоков из наклонного пласта | 1983 |
|
SU1153069A1 |
| Способ гидромониторного проведения выработки | 1988 |
|
SU1573159A1 |
| Способ добычи блоков из массива | 1988 |
|
SU1624163A1 |
| Способ попутной добычи строительного и облицовочного материалов | 1990 |
|
SU1770565A1 |
