КОМПЛЕКСЫ И АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПОЛОГИХ И НАКЛОННЫХ
ПЛАСТОВ
Уже в первой половине 70-х годов угольная промышленность располагала
комплексами очистного оборудования с гидрофицирован-ными крепями,
позволившими механизировать и совмещать во времени отбойку, навалку,
доставку угля, передвижку забойного конвейера, кабеля и водовода
оросительной системы, крепления и управления кровлей обрушением при
выемке пологих и наклонных (до 35°) пластов мощностью от 0,9 до 3,2 м
(КМК97, «Донбасс», КМ87Д, КМ87ДН, МК, ОКП, КМ81Э и др. Принято называть
их очистными комплексами первого поколения). В их состав входят
выемочные комбайны и струговые установки (1К101, МК67, 2К52, КШ1КГ,
ГШ68, КШЗМ, УСБ, УСТ и др.).
Энерговооруженность первых четырех типов очистных комбайнов, получивших
наибольшее распространение, не превышает 100 кВт, сопротивляемость
добываемого угля резанию в неотжатой зоне пласта едва доходит до 250
Н/мм. Энерговооруженность забойных конвейеров составляет 96-135 кВт,
рабочее сопротивление механизированных крепей 300-400'кН/м2
поддерживаемой кровли.
Комплексная механизация основных процессов и операций этими комплексами
позволила повысить среднесуточную нагрузку на лаву и производительность
труда ГРОЗ до двух раз по сравнению с комплексами узкозахватного
оборудования с индивидуальной крепью. В 1975 г. в 347 действующих
очистных забоях средняя нагрузка составила 1355 тонн в сутки. В
последующие годы эти показатели ухудшились как по организационным
причинам, так и из-за несоответствия качества очистных комплексов
первого поколения с усложняющимися горно-геологическими условиями.
Комплексы первого поколения вводились в лавы с труднообрушаемой основной
и склонной к вывалам непосредственной кровлей, а также в более глубоких
горизонтах с возрастающим горным давлением. Участились зажатия крепей «нажестко»
и вывалы непосредственной кровли в зоне работ выемочных машин,
приводящих к простоям комплексов. Встала необходимость выполнения
тяжелой, трудоемкой, материалоемкой и небезопасной работы по устранению
их последствий. Увеличивалось число лав с очистными комплексами низкой,
200-300 т в сутки добычей.
Было принято и реализовано решение о значительном повыше- • нии рабочего
сопротивления механизированных крепей (в 2-3 раза), увеличение
начального распора и коэффициента затяжки кровли, передвижки секций с
подпором кровли, а также о снабжении их гидроуправляемыми призабойными
консолями с увеличенным усилием поддержания кровли в призабойной зоне.
Кроме того, для крепей для тонких и средней мощности пластов больше
применялись гидростойки двойной гидравлической раздвижности, с целью
увеличения пределов вызываемой мощности пласта каждым типоразмером
комплекса.
Повышение сопротивления крепей до 500-1000 кН/м2 осуществлено главным
образом за счет увеличения рабочего диаметра гидростоек и их числа в
секции, учитывая, что повышение давления рабочей жидкости более 32-40
МПа считается небезопасным при наличии гибких рукавов и большого числа
соединительных элементов.
Насосная станция СНТ32, увеличивающая давление рабочей жидкости в
напорной магистрали до 32 МПа, обеспечила повышение начального распора,
что вместе с большим сопротивлением крепи ограничило нежелательно
высокое сближение боковых пород, являющееся основной причиной потери
целостности непосредственной кровли в зоне работы комбайна.
Кроме того, эти два фактора позволили, как правило, исключить из
технологии очистных работ процесс разупрочения кровли впереди забоя,
которое, к тому же, не всегда осуществляется эффективно. (Здесь следует
отметить, что для достижения высокого начального распора кровли
необходимо отключить стойки напорной машины не сразу после окончания
передвижки секции, а не раньше, чем через 6-7 секунд после начала
распора. Это требование не соблюдается операторами крепи).
В первых очистных рабочих комплексах рабочей жидкостью служило
минеральное масло. Для повышения безопасности и снижения трат был
осуществлен переход на водомасляную эмульсию с 1,5-2 % присадки
ВНИИНП-1Г7 или 3-5% AKBOJI-3. В настоящее время рекомендовано применение
водомасляной эмульсии с присадкой 2,5-3 % концентрата гидрожидкости
ФМИ-РЖ (ТУ 38 1011813-81) или 1,5-2% ингибитора коррозии «Витал» (ТУ 38
УССР 201236-81).
Большой эффект дает контроль потери несущей способности секции из-за
износа уплотнений и микроутечек рабочей жидкости в стойке. Индикаторы
давления, которыми снабжается каждая стойка крепи, позволяют осуществить
такой контроль и заменять неработоспособные стойки или гидроаппаратуру в
текущем порядке, во время ремонтных смен.
Секции крепей первого поколения передвигаются обычно с полной
разгрузкой, что приводит к многократному «топтанию» кровли. Передвижка
секции с подпором способствует сведению до минимума эффекта «топтания».
Наряду с оттянутым положением всех секций крепи в начале цикла и
возможностью передвижки их сразу после прохода комбайна, существенно
устраняются вывалы кровли.
В последние годы достигнуто значительное повышение срока службы за счет
новых конструкций уплотнительных узлов и изготовления уплотнений из
более износостойких материалов. Однако это не исключает требования,
чтобы в наносные станции заливалась чистая рабочая жидкость.
Благодаря указанным усовершенствованиям механизированных крепей повышена
надежность и долговечность очистных комплексов II поколения. Это
подтверждается тем, что на ряде шахт отрабатывают без выдачи комплекса
на капитальный ремонт 2-3 столба, а в отдельных случаях разворачивают
комплекс на 180° и начинают работать в новой лаве. Наряду с увеличением
энерговооруженности очистных комбайнов и забойных конвейеров повышение
прочности и надежности механизированных крепей дало возможность повысить
нагрузку на лаву в среднем на 25-50% против лав с комплексами первого
поколения. Если учитывать также повышение долговечности новых комплексов
на 1,5-2 года против действующих нормативов и возможность концентрации
добычи в меньшем числе лав, то применение более сложных, дорогих и
тяжелых очистных комплексов становится экономически выгодным, а
стремление к легким и дешевым очистным комплексам не всегда
обоснованным.
Конечно, инженерная подготовка производства и труда, система разработки,
площадь сечения выработок, прилегающих к лаве и возможности подземного
транспорта являются также немаловажными факторами для
высокопроизводительного использования нового оборудования. Важна также
хорошая связь между рабочими забоя и персоналом, обслуживающим лаву,
которая осуществляется с помощью громкоговорящей аппаратуры и световой
сигнализации.
Третий этап совершенствования механизированных крепей очистных
комплексов направлен на создание крепей, получивших название щитовых и
отнесенных к крепям III поколения.
Основные особенности секций щитовых крепей заключаются в шарнирном
соединении перекрытий с основаниями с жесткими или податливыми связями,
принимающими на себя основные внешние силы, действующие на секцию во
время передвижки. Это делает возможным перемещение секций с должным
подпором кровли без нагру-жения стоек поперечными силами.
Другое отличие щитовых крепей в том, что их перекрытия снабжаются
боковыми, выдвигающимися с помощью управляемых гидроцилиндров щитами,
ликвидирующими зазоры между перекрытиями.
Это резко уменьшает интенсивность засорения породой рабочего
пространства лавы и используется для обеспечения и сохранения боковой
устойчивости и выпрямления секций.
Принятый в щитовых крепях единый шаг расстановки секций —
1,5 м, увеличивает скорость крепления кровли, часто ограничивающая
скорость подачи и работу комбайна с большей производительностью.
Сейчас уже созданы, успешно прошли шахтные испытания и 4
приняты к серийному производству щитовые крепи типа Ml37, Ml38,
Ml42 и Ml44, типов МК и ОКП. Они обеспечивают повышение
производительности очистных комплексов на более высокий уровень и в
более сложных горно-геологических условиях.
Следует отметить, что в приведенных ниже технических характеристиках
комплексов пределы применения по вынимаемой мощно- i
сти пласта установлены за вычетом из полного хода раздвижности секций
механизированной крепи нормированных величин опускания кровли и резерва
хода стоек для их разгрузки. Эти величины могут быть отличными против
нормированных на различных пластах и при применении различных крепей и
могут быть скорректированы по данным опыта. Следует отметить также, что
очистное оборудование на- '
шими машиностроительными заводами изготавливается с возможностью его
использования как в левом, так и в правом очистных забоях и рядом других
исполнений. Это необходимо потребителям своевременно согласовывать с
заводами-изготовителями.
В связи с увеличением установленной мощности выемочно-доставочного
оборудования очистных комплексов реализовано увеличение напряжения
силового электрооборудования с 220/380 до 660/1140 В. Напряжение тока в
цепях управления остается постоянным — 127 В.
Очистные комплексы для тонких пластов используются преимущественно по
Челноковой с двухсторонним ходом выемки пласта на полную мощность. На
средней мощности и мощных пластах нашло довольно широкое применение
выполнение цикла выемки по односторонней, за два хода комбайна по лаве
технологической схеме. При этом обычно первым ходом комбайна вынимается
пласт на полную мощность, а вторым — обратным ходом производится
зачистка, оставленного непогруженным угля перед конвейером. Применяется
также комбинированный способ работы, особенно если пласт склонен к
отжиму. В этом случае во время первого хода вынимается верхняя — большая
часть пласта, а вторым ходом — оставшаяся нижняя пачка и зачищается
лава.
В этом и другом случае кровля подхватывается передвигаемыми
последовательно, через один или «паевом» порядке, секциями крепи вслед
за комбайном, конвейер подается к забою с изгибом или фронтально.
Если приводные головки забойного конвейера вынесены в штреки, то
производится самозарубка комбайна косыми заездами в пласт; если же
головки конвейера оставляются в лаве, то производится предварительная,
обычно буровзрывная, выемка ниш в концах лав.
Ряд способов использования комплекса в зависимости от условий его
эксплуатации приведен в «Типовых технологических схемах очистных работ»,
разработанных ИГД им. А.А.Скочинского.
На практике эти схемы дополняются и изменяются шахтами отдельными
элементами в зависимости от конкретных условий эксплуатации комплекса.
Дальнейшее улучшение эксплуатационно-технических качеств очистных
комплексов связано с автоматизацией функционирования и диагностирования
состояния оборудования, входящего в их состав.
Первая стадия автоматизации реализована в очистных комплексах со
щитовыми крепями КМ 138А и КМ137А. В них осуществлена автоматизация
групповой передвижки секций крепи с кнопочным управлением группой, а
также местный и со штрека диагностический контроль состояния
оборудования лавы, в том числе очистного комбайна. Шахтные испытания
первых образцов комплексов показали, что эта стадия совершенствования
позволяет значительно повысить скорость крепления кровли — подачи
комбайна, по сравнению с неавтоматизированными комплексами.
Полагают, что следующим этапом совершенствования очистного оборудования
будет являться создание фронтальных очистных агрегатов для добычи угля
без постоянного присутствия людей в очистном забое. Конструкторы
работают над реализацией этого направления.