7.2.7. Сопротивляемость угля резанию

Сопротивляемость угля резанию – показатель, характеризующий способность угля противостоять механическому резанию в процессе очистных работ. Величина показателя сопротивляемости угля резанию численно равна силе резания, необходимой для отделения единицы толщины стружки угля от пласта.

Этот параметр является основным классификационным признаком разрушаемости угля и в первую очередь учитывается при выборе технологии и оборудования для ведения очистных работ. Следует отметить, что в силу весьма значительной неоднородности угольных пластов использование прочностных характеристик (крепости, пределов прочности, контактной прочность, микротвердости, микрохрупкости) оказывается недостаточным для оптимизации процессов извлечения угля из массива. Поэтому сопротивляемость угля резанию можно считать самостоятельной мерой крепости угля.

Основные работы по способам определения показателя сопротивляемости угля резанию, классификации основных угольных месторождений по этому параметру были проведены под руководством А.И. Берона и Е.З. Позина (ИГД им. А.А. Скочинского). Согласно полученным результатам различают следующие показатели сопротивляемость угля резанию: в не отжатой зоне массива – ; в зоне вблизи обнажения массива – при ведении работ в очистных забоях; в выработках, находящихся в целиках – .

Различие показателей сопротивляемости угля резанию в не отжатой зоне массива и в зоне вблизи обнажения массива следует из-за изменения характера его напряженно-деформированного состояния, так как при переходе к свободной поверхности массива возникают растягивающие напряжения, стремящиеся отжать уголь в сторону забоя. При этом происходит формирование систем трещин вкрест плоскости напластования.

Прямым указанием на присутствие явлений отжима служит выход кусков столбчатой формы. Протяженность зоны отжима от поверхности обнажения вглубь массива составляет примерно 40…60% от мощности пласта. Количественно связь между - и выражается через коэффициент отжима - , который из физических соображений всегда меньше единицы.

В свою очередь коэффициент отжима зависит от физико-механических свойств угля, условий залегания (глубина залегания угольного пласта, наличие тектонических нарушений и др.) и технологии выемки угля. К последнему обстоятельству следует отнести ширину захвата исполнительного органа угледобывающей машины, податливость применяемой крепи. Подробно этот вопрос рассматривается в дисциплине «Управление состоянием горного массива».

Аналогично рассуждая, можно ввести коэффициент, учитывающий различие между резанием в целиках и не отжатой зоне забоя - . Очевидно, что - (в большинстве случаев ).

В ИГД им. А.А. Скочинского были разработаны две группы методов определения показателя сопротивляемости резанию.

П ервая группа методов основана на использовании эталонного резца, и поэтому получаемые результаты находятся в хорошем согласии с процессами резания угледобывающих машин. Эталонный резец (рис. 7.11) имеет следующие параметры: угол резания - , задний угол - , ширина режущей кромки -  мм. Резание производится с выровненной поверхности. В процессе испытания записывается величина усилия, при котором происходит резание угля.

Вторая группа методов основана на принципе резания путем сверления с помощью динамометрического сверла. Сущность методов заключается в рассверливании предварительно пробуренного шпура диаметром 62 мм с постоянной скоростью подачи и записью момента сопротивления резанию.

Легко видеть, что вторая группа методов проще в реализации в производственных условиях. В то же время первая группа методов характерна для лабораторных исследований.

Из физических соображений следует, что в расчетах при проектировании технологии производства очистных работ удобно использовать показатель сопротивляемости угля резанию в не отжатой зоне массива - , так как он является наиболее устойчивой характеристикой массива. По этому показателю угли подразделяются на 8 классов с шагом 60 Н/мм от самых слабых углей до самых крепких.

В среднем 2/3 шахтопластов характеризуются показателем сопротивляемости резанию, лежащим в интервале 60…240 Н/мм. Угольные пласты с большими значениями показателя сопротивляемости резанию характеризуются меньшей неоднородностью. В то же время интервалы изменения сопротивляемости породных прослойков и твердых минеральных включений резанию следующие: прослоек из аргиллита – 100…400 Н/мм, алевролита - 100…700 Н/мм, песчаника – 400…1100 Н/мм, известняка - 400…2000 Н/мм; включения - 500…2000 Н/мм.

Показатель сопротивляемости угольных пластов резанию, состоящих из угля и породных прослоев, вычисляется по формуле средневзвешенного

, (7.10)

где и - показатель сопротивляемости i-го угольного прослойка резанию и его мощность, и - то же для породного прослойка.

Показатель сопротивляемости угольных пластов резанию, состоящих из угля и твердых включений, оценивается согласно выражению

, (7.11)

где - и - показатели сопротивляемости угля и включений резанию, - объемное относительное содержание включений в пласте. Обычно величина - не превышает 2…3%, поэтому ею пренебрегают по сравнению с - 1. Однако показатели - и могут отличаться более чем на порядок.