Технология очистных работ угольным комбайном
Комплексная механизация — одно из важнейших направлений технического прогресса, которое обеспечивает замену ручного труда системой взаимосвязанных и дополняющих друг друга машин, обеспечивающих механизацию основных и вспомогательных процессов производства. При комплексной механизации достигается повышение беозопасности и производительности труда, культуры труда и технических знаний рабочих; создаются благоприятные условия для автоматизации производственных процессов.
В механизированный комплекс входят:
- выемочная машина— узкозахватный комбайн (или струговая установка);
- забойный цельнопередвижной или изгибающийся конвейер;
- гидро-фицированиая крепь;
- крепь сопряжения лавы со штреками;
- перегружатель;
- гидро- и электрооборудование;
- различное вспомогательное оборудование (кабелеукладчик, предохранительные лебедки, системы орошения и пылеотсоса и др.).
Угольный комбайн — выемочная машина, предназначенная для отделения угля от массива при одновременном дроблении на куски транспортабельных размеров и погрузки их на забойный конвейер исполнительным органом или специальным устройством (грузчиком). В зависимости от условий применения (мощности и угла наклона пластов, комбайны имеют различную конструкцию, однако к ним предъявляют общие требования: обеспечение отбойки угля любой крепости; высокая производительность и надежность; полная погрузка угля на конвейер; выемка угля на полную мощность пласта и по всей длине лавы; эффективное подавление пыли, образующейся при их работе, и др.
Рис. Комбайн 1ГШ68.
Серийно выпускаются комбайны: 1ГШ68, КШЗМ, 2К52МУ, 1КЮЗ, 1КШЭ, РКУ и др. Общее устройство, составные узлы и принцип работы рассмотрим на примере комбайнов 1ГШ68 и 1К-ЮЗ. Комбайн 1ГШ68 состоит из корпуса и двух симметрично расположенных шнеков: левого и правого. В центре корпуса расположены два электродвигателя, к ним подсоединены левый редуктор с механизмом подачи и правый редуктор с электроблоком.
Подъем и опускание шнеков комбайна производятся домкратами, которые приводятся в действие с помощью редукторов поворота. Кроме того, имеются два погрузочных щита (один щит сложен в транспортное положение), опорные лыжи и разводка гидросистемы и орошения.
Комбайн 1ГШ68 работает с рамы забойного конвейера. Перемещение комбайна осуществляется подающей частью по цепи, растянутой вдоль забоя закрепленной прицепными устройствами на головках конвейера. При работе комбайна оба шнека разрушают угольный массив и грузят уголь на забойный конвейер. Уголь, остающийся на почве после прохода шнеков, грузится щитом, расположенным позади шнеков. Управление шнеками комбайна по мощности пласта осуществляется домкратами подъема. Комбайн при работе удерживается на конвейере опорными лыжами с захватами, скользящими по направляющим конвейера. При углах наклона пласта от 9° и выше угольный комбайн работает с предохранительной лебедкой, канат которой предотвращает его сползание при обрыве цепи.
Управление комбайном, конвейером и предохранительной лебедкой осуществляется автоматически с индивидуального пульта. Комбайн 1ГШ68 предназначен для выемки угля на пластах с углом падения до 20°, мощностью 1,1—2,5 м, сопротивляемостью угля резанию до 300 кН/м и коэффициентом крепости до 4 (по шкале проф. М. М. Протодьяконова).
Работает комбайн по челноковой схеме с самозарубкой без ниш. Комбайн 1К103 является узкозахватной выемочной машиной с двумя шнеками, симметрично расположенными на концах корпуса машины. Шнеки комбайна имеют диаметр 0,56; 0,63 и 0,71 м и ширину захвата 0,8 м. В корпусе угольного комбайна размещены два электродвигателя с поперечным расположением по отношению к конвейеру с суммарной энерговооруженностью 224 кВт. Комбайн опирается на конвейер с забойной стороны опорными лыжами, а со стороны выработанного пространства — опорами-захватами.
Перемещение комбайна осуществляется тяговой цепью, приводимой с помощью вынесенной системы подачи (ВСП). Рабочая ветвь тяговой цепи перемещается в верхней части специального желоба на ставе конвейера, а холостая — в нижней его части.
Вынесенная система подачи представляет собой двухприводную систему подачи. Каждый из ее приводов устанавливается на рамах головного и концевого приводов забойного конвейера со стороны выработанного пространства и приводит в движение тяговую цепь, концы которой присоединяются к корпусу комбайна.
Передний по ходу движения комбайна приводит ВСП тянет рабочую ветвь цепи, а задний — вытягивает ее холостую ветвь. Управление комбайном осуществляется с пульта машиниста на комбайне.
Схема работы комбайна — челноковая, без ниш, с выходом исполнительного органа на штреки при выносных приводных головках забойного конвейера, с самозарубкой в пласт «косыми» заездами. Комбайн может работать с индивидуальной крепью при разработке пластов мощностью от 0,6 м и более или с механизированной крепью М103 при наличии следующих горно-геологических условий: вынимаемая мощность пласта 0,7—0,9 м; сопротивляемость угля резанию до 300 кН/м; длина лавы до 170 м; угол падения пласта при подвигании забоя по простиранию до 35° и до 10° — по падению и восстанию. При углах падения 9° н выше комбайн применяется с предохранительной лебедкой. Породы кровли средней устойчивости и выше.
Комбайны унифицированного ряда РКУ включают в себя пять основных типоразмеров (РКУ 10, 13, 16, 20, 25), предназначены для механизации выемки угля на пластах мощностью 1,1— 4,5 м с углом залегания до 35° при работе по простиранию и до 10°—по падению и восстанию, при сопротивляемости угля резанию до 300 кН/м.
Выемка угля может производиться как по челноковой, так и по односторонним схемам работы с рамы передвижного забойного конвейера.
Комбайны оснащены исполнительным органом, состоящим из двух шнеков одинакового диаметра с линейными и торцовыми резцами, закрепленными на выводных валах поворотных редукторов.
Регулировка по мощности и гипсометрии пласта производится с помощью гидродомкратов. Шнеки симметрично расположены по концам корпуса машины, что обеспечивает работу в лаве без предварительной подготовки ниш при условии размещения приводных головок конвейера на штреках.
Внедрение комбайна в пласт на концевых участках лавы в основном производится косыми звездами. Перемещение комбайна осуществляется перекатыванием зубчатых колес механизма подачи по цевковой рейке, закрепленной на завальной стороне забойного конвейера. Механизм подачи оснащен фрикционными тормозными устройствами, осуществляющими удержание комбайна на конвейере в аварийных ситуациях, и позволяющими работать на пластах с углами падения свыше 9° без предохранительной лебедки.
Комбайны РКУЮ и 13 комплектуются электродвигателем с водяным охлаждением мощностью 200 кВт. Для пылеподавления они оборудованы системой орошения, в которую входят насосная установка и забойный водовод. Имеется внутреннее орошение с подачей воды через полые валы шнеков непосредственно к резцам в зону разрушения угля и внешнее с подачей воды в зоны распространения пыли. На завальной стороне корпуса комбайна расположен кронштейн для закрепления траковой цепи и перемещения ее по желобу кабелеукладчика за движущимся комбайном. Управление комбайном производится со стационарного и выносного пульта, регулирование скоростью подачи автоматическое, в зависимости от нагрузки двигателя.
Техническая характеристика шнековых комбайнов, работающих по челноковой схеме на пластах с углом падения до 35° представлена ниже:
Забойные скребковые конвейеры предназначены для транспортирования (доставки) отбитого и погруженного угля вдоль очистного забоя в конвейерный штрек. Став конвейера является базой для передвижения комбайна и подтягивания секций лавной крепи. На концах конвейер оборудован устройствами для перемещения комбайна.
Скребковые конвейеры обладают большой производительностью и могут доставлять уголь как вниз но падению пласта (под углом до 20—35°), так и вверх по восстанию (до 12°).
Скребковый конвейер состоит из двух желобов (рештачный или конвейерный став), тягового органа и двух концевых конструкций— приводной и натяжной головок.
Став конвейера состоит из линейных рештаков, бортов и переходных секций. Линейные рештаки соединяются между собой специальными замками, допускающими изгиб рештаков относительно друг друга в горизонтальной и вертикальной плоскостях до 3°, а к раме приводной и концевой головок подсоединяются через переходные секции.
К нижним полкам боковин линейной секции приварены две поперечные лыжи, к концам которых с забойной стороны прикреплены подборщики, которые зачищают почву комбайновой дорожки при передвижке конвейера и являются опорой для забойной лыжи комбайна. С завальной стороны к подборщикам крепят борт с желобом для кабелеукладчика и круглой направляющей для завальных опор комбайна.
Став конвейера имеет прочную конструкцию, допускающую работу выемочной машины непосредственно с его рамы. Он же служит базовой балкой для самопередвигающейся гидравлической крепи.
Тяговым органом конвейера являются две круглозвенные цепи со скребками. Отдельные отрезки цепи соединены между собой специальными соединительными звеньями. Тяговые бесконечные цепи со скребками, двигаясь по дну верхнего желоба, перемещают погруженный на конвейер уголь и сбрасывают его при огибании ведущей звездочки приводной головки.
Приводная головка имеет один или два двигателя и редукторы, через которые приводится в движение ведущая звездочка. У конвейеров большой длины и производительности приводы устанавливаются и на концевых головках. Концевая головка находится в хвостовой части конвейера, имеет обводной барабан со звездочками для цепи и служит для ее натяжения.
Например, конвейер СП202, входящий в состав комплекса 1К.М103, имеет два привода, зачистной лемех фронтального типа, желоб для размещения цепи кабелеукладчика и отсек для кабелей и гидромагистралей. Конвейер обеспечивает максимальную производительность до 10 т/мин. Механизированная гидрофицированная крепь предназначена для крепления кровли в рабочем пространстве лавы или ограждения его от обрушенных пород, управления горным давлением полным обрушением, передвижения става скребкового конвейера и удержания его от сползания.
Крепи должны защищать призабойное рабочее пространство от проникновения пород кровли и обеспечивать такую скорость крепления очистного забоя, которая была бы не менее максимально возможной рабочей скорости перемещения выемочного комбайна. Между стойками крепи должен оставаться свободный проход для людей шириной более 0,7 м и высотой не менее 0,4 м.
По характеру взаимодействия с боковыми породами крепи делятся на четыре типа: поддерживающие, оградительные и два производных —оградительно-поддерживающие и поддерживающе-оградительные. Крепи состоят из секций, которые могут включать в себя следующие основные элементы: несущие, поддерживающие, опорные и оградительные. Тип крепи определяется соотношением проекции поддерживающих и оградительных элементов секции на горизонтальную плоскость в направлении осевой линии секции. Крепи оградительно-поддерживающего типа осуществляют поддержание узкой полосы кровли у забоя и не препятствуют ее свободному обрушению над оградительной частью.
Ниже рассмотрены конструкции основных и широко применяемых механизированных крепей.
Крепь 1М103 предназначена для выемки пластов мощностью 0,7-1,2 м агрегатированная поддерживающего типа, состоит из четырехстоечных секций, имеющих двойную раздвижность в 400 мм и передвигающихся вслед за проходом комбайна, верхних перекрытий и нижних основании, которые: имеют между собой силовую кинематическую связь, что позволяет осуществлять передвижение секции крепи с активным подпором.
Управление каждой секцией дистанционное, из-под соседней секции. Шаг передвижения крепи кратен ширине захвата комбайна и составляет 0,8 м. На участке работы комбайна площадь обнаженного пространства кровли не превышает 5,5 м. В исходном положении имеет два прохода с размерами 400х700 мм.
Каждая секция крепи соединена с забойным конвейером посредством плоской направляющей балки, один конец которой прикреплен к штоку гидродомкрата, а другой к забойному конвейеру Каждая пара секций объединяется в комплект.
Крепь М87Э предназначена для выемки пластов мощностью 1,1-1,2 м поддерживающего типа, состоит из однотипных секций и направляющих балок. Секция состоит из верхних гидравлических стоек с клапанной коробкой, блока управления, буфера, одного горизонтального гидродомкрата, основания, нижнего и верхнего ограждений, шлангов. Штоки горизонтальных домкратов соединены с рамой забойного конвейера. Кровля в призабойном пространстве поддерживается консольной частью перекрытия, а в остальном рабочем пространстве лавы — несущей поверхностью перекрытия, опирающегося на гидравлические стойки секции.
Крепь М87Э, а также узкозахватный комбайн ГШ68 (1К101У, или 2К52МУ) скребковый конвейер СП87ПМ и крепь сопряжения образуют комплекс КМ87Э, в который кроме перечисленного оборудования входят две насосные и магнитная станции и станция орошения, установленные в штреке. В настоящее время крепи М87 различных модификаций заменяются крепями М88, 2М87УМН с повышенным рабочим сопротивлением, в которых применены стойки с двойной гидравлической раздвижностью, цельносварные перекрытия повышенной несущей способности, а на пластах с труднообрушаемыми породами основной кровли — комплексы 1КМТ, предназначенные для отработки пластов мощностью 1,1 — 2,0 м. В состав комплекса 1КМТ входят механизированная крепь МТ, комбайн 1К.101У или типа ГШ68, конвейер СП87ПМ с зачистным лемехом и кабелеукладчиком, насосная станция СНТ32.
Крепь ОКП70 предназначена для выемки пластов мощностью 1,6 — 4,0 м (в зависимости от типоразмера), относится к оградительно-поддерживающему типу. Крепь состоит из отдельных одностоечных секций, связанных между собой конвейером и гидрокоммуникациям.
Каждая секция крепи состоит из: одной гидростойки двухстороннего действия, одинарной раздвижной; основания, соединенного с оградительной частью перекрытия шарнирным четырехзвенником поддерживающего козырька; бокового выдвижного борта у оградительной части для перекрытия межсекционных зазоров; двух гидродомкратов передвижения, расположенных по бокам основания и соединяющих секции с забойным конвейером.
Крепь ОКП70, шнековый комбайн КЩ1КГУ, типа ГШ68 или КШЗ, забойный конвейер СУОКП70, крепь сопряжения Т6К, электрооборудование и две насосные станции составляют комплекс ОКП70.
Крепь УКП предназначена для выемки пластов мощностью 1,2 — 2,5 м (I типоразмер) и 2,4 — 4,5 м (II типоразмер) с труднообрушаемыми породами кровли.
Крепь — секционная, оградительно-поддерживающего типа. Секция крепи состоит из поддерживающих уголь и кровлю козырьков оградительного перекрытия, двух гидростоек, основания, гидрооборудования управления.
Козырек — телескопический, выдвигается с помощью гидроцилиндра, может быть использован для опережающего крепления кровли, обнаженной вследствие отжима, а также для скола пачки угля, остающейся у кровли.
Оградительное перекрытие со стороны забоя опирается на стойки, а со стороны выработанного пространства — на соединитель его с основанием. Соединитель предназначен для ступенчатой механической раздвижки перекрытия по высоте, защиты рабочего пространства от обрушенных пород в нижней части крепи и др. Секции крепи связаны специальными направляющими и домкратами передвижения с забойным конвейером, служащим базой для их перемещения.
Наличие, проходов шириной до 900 мм обеспечивает свободное перемещение рабочих вдоль лавы и проветривание очистного забоя в соответствии с требованием норм при среднесуточной нагрузке на лаву 3 — 4 тыс. т. Коэффициент затяжки кровли 0,9.
Крепь УКП, крепь сопряжения, узкозахватный комбайн (2КШЗ), забойный конвейер типа 2УКП.02, а также насосная станция СНУ7 и электрооборудование составляет комплекс УКП.
Механизированная крепь М137 поддерживающе-огради-тельного типа, секционная, агрегатнрованная, предназначена для безнишевой выемки тонких пологих пластов мощностью 0,8 — 1,4 м в режиме дистанционного ручного управления, для крепления и управления кровлей в лаве и передвижки забойного конвейера. Щитовая крепь M137 является составной частью комплекса КМ 137.
Механизированные крепи сопряжений предназначены для механизации крепления и управления кровлей в конвейерных и вентиляционных выемочных горизонтальных или наклонных выработках, прилегающих к лаве в зоне выхода приводных головок забойного конвейера в эти выработки. Они могут быть поддерживающего и поддерживающе-оградительного типа и применяются с механизированными комплексами, а также в лавах с индивидуальной крепью при наличии гидропередвижчика конвейера.
Комплект крепи ОКС1 состоит из двух секций с верхняками, двух стоек в каждой секции, гндродомкрата передвижения, поперечных опорных и поддерживающих при передвижении секций кронштейнов, гндрокоммуникаций и двух парораспределителей управления. Крепь питается от насосной станции лавного комплекса. Горнотехническими условиями применения крепи сопряжения являются: высота выработки в свету— 1,65—3 м; форма поперечного сечения — трапециевидная и прямоугольная.
Индивидуальная крепь. Для крепления лав или только их концевых участков (ниш) применяют индивидуальные металлические переносные крепи. Комплект такой крепи в очистном забое состоит из прпзабойной и специальной.
Призабойная крепь — стопки, которые располагаются правильными рядами вдоль забоя. Стойки устанавливают под верхняки, наличие которых улучшает условия поддержания пород кровли, располагаемые перпендикулярно забою.
В настоящее время применяют металлические стойки трения гидравлические стоики различных конструкций и типоразмеров, они относятся к крепи поддерживающего типа.
Стоики трения (типа ТУ) состоят из корпуса, выдвижной части и деталей замкового устройства и предназначены для крепления призабонного пространства в очистных забоях пологих пластов мощностью 0,51—1,33 м (типа Т применяются на пластах мощностью 0,88—2,48 м).
Гидравлические стойки выполняют с внутренней гидросистемой и с внешним питанием; состоят из следующих основных частей: корпуса (внешнего цилиндра), внутри которого размещена выдвижная часть (шток) с поршнем и насосом; промежуточного корпуса с клапанами; насадки и нижней опоры. При установке стойки насосом рабочая жидкость перекачивается из выдвижной части в полость корпуса, раздвигая ее на необходимую величину и распирая между кровлей и почвой. Для разгрузки стойки от горного давления открывают разгрузочный клапан, и рабочая жидкость через трубку перетекает из корпуса в выдвижную часть, которая опускается под действием собственного веса.
Стойки — постоянного сопротивления: при работе имеют вначале некоторую податливость, обусловленную сжатием рабочей жидкости, находящегося в ней воздуха и деформацией уплотнительных устройств, а затем сохраняется постоянное рабочее сопротивление. Когда давление рабочей жидкости в полости стоики превышает давление настройки ее предохранительного клапана, последний срабатывает, в результате чего часть рабочей жидкости сливается, давление внутри рабочей полости стойки падает, выдвижная часть опускается.
Стойки типа 2ГСК (с внутренней гидросистемой) применяются на пологих пластах мощностью 1,82—3,4 м; стойки типа 2ГВТ (с внешним питанием) —0,72—2,26 и верхняки металлические. Предназначены для поддержания кровли в рабочем пространстве очистного забоя. Их применение обеспечивает свободное размещение забойных механизмов и передвижку забойного конвейера без разборки и перебивки призабойных стоек; обеспечивается быстрое крепление кровли вслед за проходом выемочной машины. Эффективность крепления шарнирными верхняками зависит от их приспособленности к неровностям поверхности кровли; прочности, достаточной для многократного применения, и массы, а также от конструкции, обеспечивающей быструю и удобную установку и снятие верх-няков.
Применяются верхняки типа ВВ2 и ВВЗОМ. Верхняя ВВЗОМ предназначен для консольного поддержания кровли в бесстоечном призабойном пространстве очистного забоя на пластах мощностью 0,76—2,5 м с углами падения до 35°. Верхняк ВВЗОМ состоит из четырех однотипных звеньев и одной опоры. Звенья — балки из спецпрофиля, шарнирно соединяются между собой. На передней части балки имеется отверстие с втулкой, в которое вставляют ось опоры и вилки с соединительным штырем, а на задней —находится пружина. В передней части опоры имеется кронштейн, по которому выдвигается очередное звено, а в задней — седловина с распорным клином и ручка.
В исходном положении крепи (до выемки угля комбайном) на консольную часть звена верхняка навешена опора, а после прохода шнеков комбайна над конвейером консольно наращивают очередное звено верхняка, под которое после передвижки конвейера, устанавливается стойка, а опора снимается, переносится и расклинивается на конце вновь устанавливаемого звена верхняка. Шаг звена 800 мм, масса звена—17,5 кг, опоры — 12,5 кг.
Крепь специальная (посадочная). Предназначена для управления кровлей полным или частичным обрушением на пластах мощностью 0,45—2 м с углом падения до 25°. Крепь представлена гидравлическими стойками или стойками трения, установленными на некотором расстоянии друг от друга (15—20 см) в один реже в два ряда, образующими так называемый «органный ряд», по линии которого происходит обрушение пород кровли.
Рассмотренное выше оборудование монтируется в лаве и составляет сущность технологической схемы очистных работ, т. е. способ выполнения и взаимную увязку во времени и
пространстве комплекса инженерно-технических и организационных решений по рациональному и безопасному ведению горных работ в пределах разрабатываемой части пласта в шахтном поле с указанием всех средств осуществления технологического процесса добычи угля и проведения подготовительных выработок горно-геологических и горнотехнических условий их применения и достигаемых технико-экономических показателей.
Производственные процессы в лаве рассмотрим на примере использования комплекса КМ88. Лаву обслуживает комплексная бригада, которая делится на звенья по числу смен в
сутки. Звено в добычную смену состоит из 9 — 10 чел. Машинист комбайна и его помощник в начале смены принимают комбайн, проверяют его исправность, уровень масла в редукторах, состояние зубков и др. Во время выемки машинист управляет комбайном, а помощник следит за режущими шнеками, кабелями и шлангом орошения; один-двое рабочих зачищают уголь за комбайном, производят выемку угля в небольших нишах около штреков; четверо рабочих передвигают секции механизированной крепи. Пульт управления и механизмы обслуживают один рабочий и электрослесарь.
В исходном положении комбайн находится на одном из концов лавы, торцы консольных верхняков и конвейер находятся у забоя, домкраты выдвинуты, стойки секций крепи отстают от конвейера на величину захвата исполнительного органа комбайна. По мере перемещения комбайна вдоль забоя (по раме конвейера) передвигают секции крепи к конвейеру последовательно или через одну. Вторая схема применяется при повышенной скорости движения комбайна. Перед передвижкой секции предварительно очищают от кусков породы и угольной мелочи. Затем опускают перекрытие, секция передвигается к конвейеру, подхватывая обнаженные участки кровли, и вновь распирается. После передвижения конвейер и секции крепи снова находятся в исходном положении.
Выемка угля производится обычно по челноковой схеме. При мощности пласта более 1,8 — 2 м и наличии отжима угля от забоя лавы выемка угля может осуществляться и по односторонней схеме, тогда в исходное положение комбайн возвращается на маневровой скорости и при движении шнеками зачищает почву лапы.
В настоящее время промышленность выпускает самозарубающиеся комбайны, что позволяет вынимать уголь по всей длине лавы при этом приводная станция забойного конвейера выносится на штрек. Если работают несамозарубающиеся комбайны, то их в лаве монтируют два; исполнительные органы комбайнов направлены к противоположным штрекам. Комбайн у вентиляционного штрека является вспомогательным, он вынимает уголь на участке лавы длиной 25 — 30 м. При этом одновременная работа комбайнов исключается. Несложными челноковыми перемещениями комбайна и снятием полосок угля «косыми заездами» отпадает необходимость в проходке ниши.
В ремонтно-подготовителъную смену производится осмотр и текущий ремонт всех машин и механизмов комплекса. Работы выполняет ремонтное звено из электрослесарен и горнорабочих очистного забоя (ГРОЗ). Для качественного ремонта и персональной ответственности закрепляются за определенными лицами отдельные механизмы, например, осмотр и текущий ремонт крепи и гидросистемы комплекса; комбайн и конвейер, электроаппаратура и маслостанция на штреке, передвижка электроподстанции и маслостанцнн. Горнорабочие очистного забоя укорачивают скребковый конвейер на штреке, погашают тупиковую часть штрека или, наоборот, усиливают его крепь с целью повторного использования, ремонтируют секции крепи и др.
При отделении угля от массива происходит большое пылеоб-разование, что ухудшает условия труда рабочих. Поэтому в лаве предварительно увлажняют угольный массив путем нагнетания воды со специальными добавками под большим давлением в скважины, пробуренные в пласте перпендикулярно или параллельно забою. Вода, проникая в поры и трещины, смачивает уголь, чем обеспечивается существенное снижение запыленности воздуха.