А.В. Ремезов Подземная разработка месторождений полезных ископаемых. Методические указания по практическим занятиям для студентов специальности 330500

20

Технологические схемы выемки угля

Частично-		Механизированные		Комплексно-
механизированные				механизированные

С отбойным молотком		буровзрывными работами		Комбинированные
		С

Длинные				Короткие
забои					забои
С комбайнами		Со стругами		С комбайнами		гидромеханизацией		Буро-шнековая
						С

механизированными комплексами		С агрегатами
С

Классификация технологических схем выемки угля

Наибольшее распространение получили барабанные и шнековые исполнительные органы, которыми оснащаются узкозахватные комбайны.

Барабанный исполнительный орган, литой или сварной конструкции осуществляет разрушение угля путем скола с открытой поверхности забоя стружки толщиной 20 – 30 мм. Основными достоинствами барабанных исполнительных органов являются: простота конструкции; высокий КПД; возможность применения на углях любой крепости и вязкости. Недостатки: значительное измельчение угля и большое пылеобразование, невозможность самозарубки в пласт.

Большинство современных узкозахватных комбайнов оснащены шнековыми исполнительными органами. Основное их достоинство заключается в том, что шнеками осуществляется погрузка угля на конвейер. Принцип разрушения угля шнеками таков же, как и барабанами, но с некоторым снижением присущих им недостатков. Обычно узкоза-

21

хватные комбайны, оснащены двумя шнеками. Они располагаются либо с одной, либо с обеих сторон корпуса комбайна. Положение шнеков легко регулируется по высоте гидродомкратами, что позволяет осуществлять выемку угля при различной мощности пласта. Конструкция комбайнов допускает возможность фронтальной зарубки шнеков в пласт и механизированную выемку угля на концевых участках лавы без ниш. При этом приводная и концевая головки забойного конвейера должны быть вынесены в прилегающие к очистному забою выработки.

В отличие от широкозахватных, узкозахватные комбайны перемещаются по раме забойного конвейера, располагаемого у забоя. Перемещение комбайна вдоль забоя осуществляется с помощью приводной звезды и калиброванной цепи, растянутой вдоль забоя и закрепленной по концам на головках забойного конвейера. Наличие цепной передачи обеспечивает перемещение комбайна по всей длине лавы без остановки. Наиболее совершенными являются комбайны с бесцепной подачей, при которой комбайн перемещается с помощью зубчатого колеса по цевочной рейке, закрепленной на раме конвейера.

В настоящее время промышленностью выпускаются различные типы узкозахватных комбайнов, предназначенные для работы в разнообразных горно-геологических условиях (табл.5). Некоторые из них могут быть применены как с механизированными, так и с индивидуальными крепями, при углах падения до 35°.

Таблица 5 Краткая техническая характеристика очистных комбайнов

Тип комбайна	Мощность пласта, м	Ширина захвата, м	Максимальная	Мощность	Меха-
			скорость по-	электро-	низм
			дачи, м/мин	привода,	подачи
				кВт
2ГШ68	1,4-2,5	0,63; 0,8	6,0	320	Реечный
КШ3М	1,6-3,0	0,5; 0,63	4,4	290	Цепной
2КШ3	2,0-4,1	0,5; 0,63	4,4	290	Цепной
К500	1,5-3,5	0,63	10,0	635	Реечный
К700	3,0-6,0	0,63	10,0	635	Реечный

атех

22

Важной эксплуатационной характеристикой комбайна является его производительность.

Под производительностью угля понимают количество угля, добываемого в единицу времени. Различают теоретическую, техническую и эксплуатационную производительность очистного комбайна.

Теоретическая производительность Qm (т/мин), т.е. количество угля, добываемого комбайном за единицу времени при непрерывной его работе по выемке, определяется по формуле

Qm = m r v p γ ,

где m – средняя вынимаемая мощность пласта в лаве, м; r – ширина захвата исполнительного органа, м; νр – рабочая скорость подачи ком-

байна, м/мин; γ – плотность угля, т/м3 .

Допустимую скорость подачи комбайна можно определить из выражения

ν р = N у / 60Нωmrγ ,

где Nу – устойчивая мощность электродвигателя комбайна, кВт; Нω – удельные энергозатраты на выемку угля, кВт ч/т.

Техническая производительность (т/ч), т.е. производительность с учетом затрат времени на вспомогательные операции и устранение отказов в работе комбайна за период полного цикла выемки угля, составляет

Qтех= 60QтКт,

где Кт – коэффициент возможной технической непрерывной работы комбайна в конкретных условиях.

Эксплуатационная производительность аэ (т/смену), определяемая с учетом всех непроизводительных затрат времени в забое, равна

Qэ = 60ТсмКм,

где Тсм – продолжительность смены, ч; Км – коэффициент машинного времени, учитывающий непрерывность работы комбайна при его эксплуатации в конкретных условиях.

23

Производительность выемочной машины определяет нагрузку на очистной забой и уровень технико-экономических показателей.

На угольных шахтах для доставки угля в длинных очистных забоях на пологих и наклонных пластах применяют скребковые конвейеры. Они получили широкое распространение, так как относительно просты по конструкции, пригодны к тяжелым условиям эксплуатации, приспособлены для работы с очистными комбайнами, стругами и механизированными крепями. Они являются базой современных очистных механизированных комплексов.

Скребковые конвейеры должны удовлетворять следующим требованиям: производительность должна быть выше максимальной производительности выемочной машины; обеспечение нормальной погрузки угля на штрековый перегружатель или конвейер; минимальная высота става конвейера со стороны забоя; обеспечение погрузки угля с почвы пласта при передвижке конвейера к забою; высокая надежность в работе.

Скребковый конвейер состоит из верхнего и нижнего металлического желобов, по которым перемещается бесконечная цепь со скребками, состоящая из грузовой и порожняковой ветвей. По концам конвейера располагаются приводная и натяжная головки. Желоб конвейера собирают из отдельных секций (рештаков), соединяемых быстроразъемными замками. Цепь конвейера легко разбирается на отдельные отрезки. Благодаря этому конвейерный став можно быстро разобрать или собрать на новом месте, укоротить или удлинить его.

Скребковые конвейеры, применяемые для транспортирования угля в лавах, необходимо периодически перемещать вслед за подвиганием очистного забоя. Перемещение скребковых конвейеров может быть двояким: путем полной разборки на части, переноски их на новое место и сборки; путем передвижки конвейера без разборки или по всей его длине, или последовательно частями за счет изгиба конвейерного става в горизонтальной плоскости.

Скребковые конвейеры, предназначенные для транспортирования угля вдоль забоя, подразделяется на четыре типа: СП – передвижные изгибающие (одно-, двух- и трехцепные); СР – разборные переносные двухцепные; С – разборные переносные одноцепные; СК – разборные переносные одноцепные с консольно-расположенными скребками (ветви рештачного става расположены в горизонтальной плоскости).

24

Максимальные показатели некоторых типов конвейеров представлены в табл. 7.

Скребковые конвейеры могут комплектоваться двумя или четырьмя двигателями. В последнем случае двигатели устанавливаются по два в головной и хвостовой части конвейера.

Передвижные конвейеры оборудуются подборщиком угля, оставшегося на почве пласта за комбайном. Могут применяться как с индивидуальными, так и с механизированными крепями, при углах падения до 35°.

Достоинства скребковых конвейеров: высокая прочность конструкции; небольшая высота погрузки; возможность движения выемочной машины по ставу конвейера, а также механизированной передвижки конвейера гидродомкратами без разборки; возможность изменения направления грузопотока. Вместе с тем скребковые конвейеры имеют ряд недостатков, основными из которых являются: быстрый износ желобов, цепей и скребков вследствие трения перемещаемого по желобу угля, особенно с увеличением его абразивности; возможность заклинивания цепей на звездочках; высокий расход энергии: значительное измельчение угля; ограничение возможности удлинения одного става и повышения производительности.

Порядок выполнения работы:

1. Согласно выданному ранее заданию студент из представленных характеристик горношахтного оборудования ( мех. крепь, очистной комбайн, забойный конвейер) выбирает необходимое оборудование и письменно излагает мотивировку принятых решений.

Контрольные вопросы:

1.Что такое механизированная крепь, каких типов бывают механизированные крепи?

2.Какие очистные комбайны в настоящее время распространены, их марки, отличительные принципы в конструкции?

3.Краткая характеристика применяемых скребковых конвейеров для транспортирования угля по очистному забою.

Таблица 6

Краткая характеристика скребковых конвейеров

						Тип конвейера
							Перегру-					Перегру-
Показатели			СПЦ	СПЦ	КСЮ-	КСЮ-		Анжера-	Анжера-	Анжера-	Анжера-	жатель
	С53МУ	СР72					жатель
			261	271	271 38Л	381 38Л	ПС-271	26	30	34	38	ПСП-
												302
Производи-					не<13,6	не<16,6
тельность,	210	600	500	700	т/мин	т/мин	не<720	720	1200	1500	1800	1300
м/ч					или	или	т/ч
					800т/ч	1000т/ч
Скорость												1,5
движения	1,07	0,95	1,0	1,0	1,13	1,13	1,16	1,1	1,3	1,5	1,5
цепи, м/с
													25
Длина	150	200	250	250
в поставке,					250	250	52	230	310	350	350	30-44
м
Мощность						315х2
			200	200	250х2	315 х3	160					160 –
привода,	45	55х4						250 х 3	400 х3	400 х3	600 х3
			х2	х2	250х3	250х2	200					200
кВт						250 х3
Высота по-	270	200	260	260	264	310	252	230	250,	305	330	250
грузки, мм									305

26

Практическая работа № 6

Определение нагрузки на очистной забой при комплексномеханизированной выемке

Цель работы: изучение методики расчета нагрузки на очистной забой, оборудованный механизированным комплексом, с учетом влияющих факторов.

Теоретические положения: Нагрузка на очистной забой является главнейшим фактором, оказывающим влияние на технико-эконо- мические показатели работы. Она рассчитывается в зависимости от принятой технологии и механизации работ в забое.

При комплексно-механизированной выемке нагрузку на забой определяют по технической возможности комбайна и газовому фактору.

Среднесуточную нагрузку на очистной забой, оборудованный узкозахватным комбайном с механизированной крепью, можно определить по формуле

Qk = TnKмPуст/60Hw,

где Qk – нагрузка на очистной забой по техническим возможностям комбайна, т/сут; Т – продолжительность рабочей смены, мин; n – число добычных смен в сутки; Kм – коэффициент машинного времени (табл. 7); Руст – устойчивая мощность электродвигателя, кВт; Нw – энергоемкость процесса разрушения угля, кВт ч/т.

Устойчивую мощность для двигателей с наружным обдувом типа ЭДКО можно принять Руст=0,7/0,9 Рч, с водяным охлаждением – Руст = 0,9/1,1Рдл, где Рч и Рдл – соответственно часовая и длительная мощность электродвигателя, кВт.

Таблица 7

Значения коэффициента машинного времени

Мощность	Коэффициент машинного времени в зависимости
пласта, м	от сопротивления угля резанию А, кН/см
	До 1,8	1,8…2,4		Более 2,4
0,7 – 1,75	0,55 – 0,64	0,57	-0,68	0,6 – 0,72
Более 1,75	0,43 – 0,58	0,41	– 0,61	0,45 – 0,53

27

Энергоемкость процесса разрушения угля применительно к комбайнам типов 2К52М, 1ГШ68, 2ГШ68, КШ3 можно определить по эмпирическим формулам (табл.8.).

	Таблица 8
	Энергоемкость процесса разрушения угля
Мощность	Формулы для расчета энергоемкости процесса разруше-
пласта, м	ния угля Hw(кВт.2/м) в зависимости от сопротивления
	угля резанию А1(кН/см)
До 1,25	Hw = 10,6 – 0,00134 + 4,423 А12
1,26..1,75	Hw = 0,325 – 0,41А1 + 0,3236 А12
1,76…2,25	Hw = -0,011224 + 0,156А1 + 0,04967А12
Более 2,26	Hw = 0,37 – 0,346А1 + 0,135А12

Нагрузку на очистной забой по газовому фактору можно определить по формуле

Qг =864SлνвdKв /δqплKе,

где Qг – допустимая нагрузка на очистной забой по газовому фактору, м/сут; Sл – минимальная площадь поперечного сечения призабойного пространства, свободная для прохода воздуха в лаве, м2 (табл.9.); vв – допустимая по ПБ скорость движения воздуха в лаве, м/с; d – допустимая по ПБ концентрация метана в исходящей струе лавы, %; Kв – коэффициент, учитывающий движение части воздуха по выработанному пространству за крепью (при управлении кровель полным обрушением принимают равным 1,2…1,4); qпл – относительная метанообильность

пласта, м3/т суточной добычи; δ – коэффициент, учитывающий предварительную дегазацию пласта (при отсутствии предварительной дега-

зации пласта δ = 1); Kе – коэффициент, учитывающий естественную дегазацию пласта и других источников выделения метана при отсутствии добычных работ для столбовых систем разработки при управлении кровель полным обрушением принимается равным 0,7).

Коэффициент, учитывающий предварительную дегазацию пласта, δ=1 – Сg, где Сg – коэффициент предварительной дегазации пласта.

28

Минимальная площадь сечения призабойного пространства зависит от типа применяемой крепи и мощности пласта. Может быть определена по формулам (табл.9).

Таблица 9

Минимальная площадь поперечного сечения призабойного пространства

Шифр	Формула для определения площади Sл (м2) в
крепи	зависимости от мощности пласта (м)
КД90	Sл=2,47m – 0,22m2
МТ	Sл=1,4m – 0,9m2
ОКП	Sл=0,42m + 1,92m2
3ОКП	Sл=2,6m – 1,3m2
ОКП70, УКП	Sл=2,25m– 1,35m2
М138	Sл=2,18m + 0,62m2

Примечание: m – вынимаемая мощность пласта, м.

Допустимая по ПБ скорость движения воздуха в очистном забое 4 м/с, при безлюдной выемке – 6 м/с. Допустимая по ПБ концентрация метана в исходящей струе очистного забоя равна 1,0 %.

На основании проведенных расчетов принимается решение о планировании добычи угля из очистного забоя. При Qk<Kг к дальнейшим расчетам принимается нагрузка на очистной забой по производительности комбайна, при Qг<Qk – по газовому фактору.

Расчетную нагрузку на очистной забой необходимо скорректировать на выполнение целого количества циклов в сутки.

Добыча угля с одного цикла определяется по формуле

Qу = mlrγс ,

где l – длина очистного забоя, м; r – ширина захвата комбайна, м; γ – плотность угля, т/м3; с – коэффициент извлечения угля в очистном забое, принимается равным 0,95…0,98.

Количество циклов в сутки составит nцр=Qp/Qц.

Окончательно принимают целое количество циклов nц, по которому строят планограмму работ.

29

Фактическая нагрузка на очистной забой составит

Qз = Qцnц .

Пример: Определить нагрузку на очистной забой в следующих условиях. Вынимаемая мощность пласта m = 2,0 м. Угол падения пласта α = 15°. Длина лавы l = 150 м. Выемка угля, осуществляемая комплексом 40КП70 с комбайном 2ГЩ68Б. Ширина захвата r = 0,63 м. Продолжительность добычной схемы Т = 360 мм. Количество рабочих смен в сутки n = 3. Сопротивляемость угля резанию А1 = 20 кН/см. Плотность угля γ = 1,35 т/м3. Коэффициент извлечения угля в забое с = 0,95. Относительная метанообильность пласта qпл = 11 м3/т. Предварительной дегазации нет.

По табл. 8 Hw = 0,5 кВт ч/т.

Поскольку комбайн 2ГШ68Б имеет два двигателя с водяным охла-

ждением, примем Руст = 220 кВт.

Нагрузка на очистной забой по производительности комбайна составит

Qк =360 3 0,5 220 / 60 0,5 =3960 т.

По формуле табл. 9 – минимальное сечение Sл = 3,15 м2.

По формуле нагрузка на очистной забой по газовому фактору составит

Qг =864 3,15 4 1 1,3/1 11 0,7 =1838 т.

Для дальнейших расчетов принимаем нагрузку по газовому факто-

ру.

Добыча с одного цикла составит

Qу = 2,0 150 0,63 1,35 0,95 = 242 т.

Расчетное количество циклов в сутки

nцр =1838 / 242 = 7,6 .