Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Современное состояние вопроса разрушения угольного массива при проведении подготовительных выработок 10
1.1 Разрушение массива горных пород 10
1.2. Разрушение угольного массива механическим способом 14
1.3 Комбинированные способы разрушения 20
1.4 Разрушение массива вырезанием блоков 25
1.5 Выводы 30
1.6 Цели задачи 30
Глава 2 Экспериментальное исследование комбинированного разрушения массива баровым и клиновидным исполнительным органами 32
2.1 Физическое моделирование комбинированного разрушения массива баровым и клиновидным исполнительным органами 32
2.2 Экспериментальное исследование комбинированного разрушения массива баровым и клиновидным органом 40
2.3 Основные закономерности, проявляющиеся при комбинированном разрушении баровым и клиновидным органом угольного массива, рассмотренные применительно к блокам правильной формы 43
2.4 Разрушение угольных блоков клиновидным органом 57
2.3 Выводы 64
Глава 3 Исследование гранулометрического состава разрушенного угля и запыленности атмосферы выработки при проведении подготовительных выработок проходческими комбайнами избирательного действия 65
3.1 Анализ конструкций исполнительных органов проходческих комбайнов избирательного действия 65
3.2 Гранулометрический состав разрушенного угольного массива проходческими комбайнами избирательного действия при проведении подготовительных выработок 67
3.3 Исследование гранулометрического состава разрушенного угольного массива при различных схемах обработки забоя исполнительным органом проходческого комбайна избирательного действия 70
3.4 Исследование запыленности атмосферы в подготовительной выработке при разрушении угольного массива проходческими комбайнами избирательного действия 79
3.5 Выводы 87
Глава 4 Разработка врубоблочного способа разрушения угольного массива 89
4.1 Разработка проходческого агрегата для разрушения угольного массива врубоблочным способом 89
4.2 Технология разрушения угольного массива врубоблочным способом 95
4.3 Обоснование параметров разрушения угольного массива врубоблочным способом 99
4.4 Выводы 103
Заключение 104
Приложение 107
Список литературы 108
- Разрушение угольного массива механическим способом
- Экспериментальное исследование комбинированного разрушения массива баровым и клиновидным органом
- Гранулометрический состав разрушенного угольного массива проходческими комбайнами избирательного действия при проведении подготовительных выработок
- Технология разрушения угольного массива врубоблочным способом
Введение к работе
Актуальность работы. В горной промышленности при разработке полезных ископаемых основные технологические процессы связаны с разрушением угольного массива. Разрушение угольного массива осуществляется самыми разнообразными способами. Одним из основных способов разрушения угольного массива при проведении подготовительных выработок является механический способ. Для механического разрушения угольного массива создано большое количество различных проходческих и добычных машин. В настоящее время разрушение угольного массива при проведении подготовительных выработок осуществляется проходческими комбайнами избирательного действия. Разрушение угольного массива проходческими комбайнами избирательного действия, несмотря на бесспорные достоинства комбайновой технологии проведения подготовительных выработок, имеет следующие существенные недостатки: высокая запыленность воздуха в выработке, в десятки раз превышающая допустимые санитарные нормы (до 500 мг/м3), большой выход мелких фракций разрушенного угля вследствие переизмельчения и высокая энергоемкость процесса разрушения.
В настоящее время для угольной промышленности РФ и всех других угледобывающих стран безопасность и эффективность горных работ, чистота окружающей среды, полнота извлечения полезных ископаемых, являются одними из наиболее важных задач. Для их решения необходимы исследования, направленные на разработку новых способов и средств, обеспечивающих повышение эффективности разрушения угольного массива при проведении подготовительных выработок. Актуальным вопросом является установление практических путей, способствующих значительному увеличению выхода наиболее дорогих крупных классов разрушаемого угля и обеспечивающих наименьшее пылеобразование при разрушении угольного массива. Решение указанных вопросов является актуальной задачей. С этих позиций нами определена цель диссертационной работы.
Целью работы является разработка и обоснование параметров врубоблоч-ного способа разрушения угольного массива при проведении подготовительных выработок.
Идея работы заключается в использовании закономерностей комбинированного разрушения с предварительным разделением угольного массива на блоки и разрушением блоков сколом.
Задачи исследований:
оценить эффективность комбинированного врубоблочного разрушения массива баровым и клиновидным исполнительными органами;
определить гранулометрический состав и запыленность атмосферы забоя при разрушении угольного массива проходческими комбайнами избирательного действия;
разработать врубоблочный способ и обосновать его параметры при разрушении угольного массива для проведения подготовительных выработок.
Методы исследований: натурные исследования гранулометрического состава отбитого угля и запыленности атмосферы в шахте, физическое моделирование разрушения массива врубоблочным способом, метод статистического анализа эмпирической информации. Научные положения, выносимые на защиту:
эффективность комбинированного врубоблочного разрушения угольного массива определяется соотношением высоты блока и глубины вруба в пределах 0,4-0,6, а также формой скалывающего исполнительного органа;
содержание мелких фракций 0-25 мм при механическом разрушении угольного массива определяется схемой разрушения и при сплошном фрезеровании с запы-ленностью атмосферы забоя выше 120 мг/м может достигать 80%, а при врубоб-лочном способе выход мелких фракций снижается более чем в 2 раза;
повышение скорости проведения выработки более чем в 2 раза в сравнении с проведением проходческими комбайнами избирательного действия обеспечивается применением врубоблочного способа, включающего возможность разруше-
ния угольного массива проведением врубов и сколом блоков клиновидным органом одновременно в трех частях забоя.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
достаточным объемом эмпирической информации, полученной в промышленных условиях;
использованием теории подобия при физическом моделировании;
сходимостью теоретических и экспериментальных исследований.
Научная новизна заключается:
в установлении влияния соотношения высоты блока и глубины вруба, а также формы скалывающего исполнительного органа на эффективность разрушения угольного массива;
в определении влияния схемы обработки забоя на содержание мелких фракций и запыленность атмосферы;
в разработке врубоблочного способа разрушения угольного массива и определении его параметров при проведении подготовительных выработок.
Личный вклад автора состоит:
в постановке задач исследований и выборе методов их решения;
в обработке и анализе результатов практических исследований и экспериментов;
в разработке и обосновании параметров врубоблочного способа разрушения;
в разработке проходческого агрегата для проведения выработок врубоблочным способом.
Практическое значение работы заключается в разработке врубоблочного способа разрушения угольного массива, обосновании его параметров и разработке проходческого агрегата для разрушения угольного массива при проведении подготовительных выработок врубоблочным способом.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научно-практических конференциях преподавателей, аспирантов и студентов Кузбасского государственного технического университета (г. Кемерово, 1999,
7 2000, 2002, 2005 гг.); на Международной научно-практической конференции «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» (Новокузнецк, 2006 г); на X Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий топливно-энергетического комплекса России» (Кемерово, 2006 г.); на XI Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (Кемерово,
г.); на 1 Региональной научно-практической конференции «Влияние научно-технического прогресса на экономическое развитие Кузбасса» (Прокопьевск,
г.).
По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в т.ч. 1 патент на изобретение.
1. Адамков, А. В. К оценке энергоемкости разрушения массива проходческими комбайнами / А. В. Адамков, В. В. Егошин // Науч. работы студентов-магистрантов : сб науч. тр./ Кузбас, гос. техн. ун-т. - Кемерово, 1999. - № 1. -С. 61-63.
Адамков, А. В. Эффективность работы проходческих комбайнов в зависимости от устройства и параметров режущего органа / А. В. Адамков, В. В. Егошин // Науч. работы студентов-магистрантов : сб. науч. тр./ Кузбас, гос. техн. ун-т. - Кемерово, 1999. - №2. - С. 55-58.
Егошин, В. В. К вопросу разрушения угольного массива при работе врубовых машин / В. В. Егошин, А. В. Адамков // Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых : сб. науч. тр. / Науч.-техн. центр «Кузбассуглетехнология». - Кемерово, 2001. - № 17. -С. 135-137.
4. Егошин, В. В. Сортность разрушенного в забое угля при проведении
горных выработок проходческими комбайнами / В. В. Егошин,
А. В. Адамков // Совершенствование технологических процессов при разработке
месторождений полезных ископаемых : материалы конф., посвящ. 70-летию со
дня рождения В. В. Егошина / Науч.-техн. центр «Кузбассуглетехнология». -
Кемерово, 2001. - С. 34-37.
5. Егошин, В. В. К вопросу совершенствования механического способа
разрушения массива горных пород при проведении подготовительных выработок
/ В. В. Егошин, А. В. Адамков // Совершенствование технологических процессов
при разработке месторождений полезных ископаемых : сб. науч. тр. / Науч.-техн.
Центр «Кузбассуглетехнология». - Кемерово, 2003. - № 20. - С. 91-96.
6. Егошин, В.В. Гранулометрический состав разрушенного угольного мас
сива при проведении конвейерного штрека / В. В. Егошин,
А. В. Адамков // Вестн. Кузбас, гос. техн. ун-та. - 2002. - № 4. - С. 17-18.
Пат. 2209979 Российская Федерация, MTiK7E21D9/10,E21C27/16. Проходческий агрегат / В. В. Егошин, А. В. Адамков. - № 2001120643/03; заявл. 23.07.01 ; опубл. 10.08.03, Бюл. № 22. -4 с.
Адамков, А. В. Состояние запыленности воздуха в забоях подготовительных выработок при работе проходческих комбайнов / А. В. Адамков // Вестн. Кузбас, гос. техн. ун-та. - Кемерово, 2004. - № 1. - С. 56-59.
Ренев, А. А. К вопросу механического разрушения массива горных пород крупным сколом / А. А. Ренев, А. В. Адамков // Совершенствование разработки месторождений полезных ископаемых подземным способом : сб. науч. тр. памяти П. В. Егорова /под ред. проф. А.А. Ренева; Кузбас, гос. техн. ун-т. - Кемерово, 2006.-С. 16-23.
Ренев, А. А. К вопросу повышения эффективности механического разрушения при проведении подготовительных выработок / А. А. Ренев, А. В. Адамков // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов : материалы Междунар. науч.-практ. конф., 6-9 июня.2006 г. - Новокузнецк, 2006. - С. 45-46.
Ренев, А. А. Об эффективности механического разрушения угольного массива при проведении подготовительных выработок / А. А. Ренев, А. В. Адамков // Безопасность жизнедеятельности предприятий топливно-энергетического комплекса России : материалы X Междунар. науч.-практ. конф., 13-16 июня 2006 г. - Кемерово, 2006. - С.37-39.
Ренев, А. А. Исследования разрушения массива горных пород крупным сколом / А. А. Ренев, А. В. Адамков // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири : материалы XI Междунар. науч.-практ. конф., 23-24 ноября.2006 г. -Кемерово, 2006. - С.58-60.
Ренев, А. А. Механическое разрушение угольного массива при проведении подготовительных выработок, направления совершенствования техники и технологии / А. А. Ренев, А. В. Адамков // Влияние научно-технического прогресса на экономическое развитие Кузбасса : материалы 1 Регион, науч.-практ. конф., 15марта 2007 г. - Прокопьевск, 2007. - С. 96-98.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав основного текста, заключения и приложения; изложена на 118 с, содержит 31 рисунок, 9 таблиц, список литературы из 129 наименований.
Автор глубоко благодарен советам и рекомендациям профессора, доктора технических наук, заслуженного шахтера России Егошина Воли Васильевича.
Разрушение угольного массива механическим способом
Для разрушения угольного массива при проведении подготовительных выработок создано большое количество самых разнообразных машин [3,4,108]. Разрушение угольного массива при проведении подготовительных выработок осуществляют механическим способом при помощи проходческих комбайнов. Дополнительное измельчение угля значительно ухудшает его гранулометрический состав, что увеличивает расход энергии на разрушение. Эта закономерность относится ко всем видам механического разрушения. Одной из машин для разрушения части угольного массива и образования щелей в массиве горных пород, применявшейся в прошлом была врубовая машина. Исполнительным органом врубовой машины является бар, состоявший из направляющей рамы и движущейся по ней цепи с зубками. При работе отечественных врубовых машин при увеличении скорости подачи удельный расход энергии закономерно уменьшается. Данные гранулометрического состава при разрушении части угольного массива врубовыми машинами показывают большое содержание мелких фракций класса [4]. Улучшение сортности разрушаемого массива является важнейшей задачей, которую необходимо решать путем совершенствования способов и средств разрушения.
Разрушение угольного массива механическим способом при проведении подготовительных выработок осуществляется при помощи проходческих комбайнов. Принцип действия всех проходческих комбайнов основан на разрушении угольного массива режущими инструментами.
Главным элементом любого комбайна является исполнительный (разрушающий) орган, осуществляющий отделение угля от массива. От совершенства конструкции исполнительного органа существенно зависят производительность и эффективность проходческих комбайнов. Основными классификационными признаками исполнительных органов являются схемы обработки и разрушения забоя и конструктивное выполнение основного элемента исполнительного органа (рис. 1) [10,11,25]. Более 80 % всех проводимых выработок приходится на долю комбайнов избирательного действия со стреловидным исполнительным органом [60]. Комбайны избирательного действия являются высокоманевренными машинами, которые позволяют производить раздельную выемку угля при проведении смешанным забоем выработок, различных по форме и площади поперечного сечения. Исполнительные органы комбайнов избирательного действия совершают касательные движения в горизонтальной и вертикальной плоскостях. На конце стрелы исполнительного органа установлена режущая головка в виде одной или двух режущих коронок или дисков[63,64,65,67,69].
В настоящее время разрушение угольного массива при проведении подготовительных выработок осуществляется проходческими комбайнами избирательного действия. Проходческие комбайны избирательного действия разрушают угольный массив сплошным фрезерованием резцами, установленными на исполнительном органе, выполненном в виде коронки, расположенной вдоль продольной или поперечной оси комбайна.
Проходческие комбайны избирательного действия со стреловидным исполнительным органом характеризуются высокой маневренностью, способностью проводить выработки различной формы и сечения. Условием оптимальности процесса отделения угля от массива является минимальная удельная энергоемкость процесса разрушения. Это условие обеспечивает не только наибольшую производительность, но и лучшую сортность угля при наименьшем пылеобразо-вании.
При разрушении угольного массива проходческими комбайнами избирательного действия имеет место повторное дробление разрушаемого угля. Вследствие переизмельчения, выделяется большое количество пыли (табл. 1). Основной недостаток разрушения угольного массива резцами горных машин увеличенный выход пыли, вследствие переизмельчении разрушаемого массива, что предопределяет высокую энергоемкость разрушения (табл. 2) [8,28]. Минимальная энергоемкость процесса разрушения и снижение измельчения угля достигаются путем целесообразного выбора конструктивных и режимных параметров, схемы набора рабочего инструмента, соотношения скоростей резания и подачи и др.[15,27]. Исследованиями установлено также наличие функциональной зависимости удельного пылеобразования (кг/т) от энергии разрушения, чем больше энергия разрушения, тем больше удельный выход пыли [8,74,78,101].
Работы по совершенствованию процесса разрушения угольного массива ведутся по разным направлениям. Наиболее эффективным способом отделения полезного ископаемого от массива является метод отделения, так называемым, "крупным сколом" [83]. Механическая отбойка от массива при наличии двух и более свободных поверхностей называется сколом. При этом методе отделения получается наибольшая производительность при наименьших затратах энергии. Необходимы исследования по разработке способа механического разрушения угольного массива для создания оптимальной, эффективной технологии.
Физико-механические свойства углей зависят от условий их происхождения и последующего изменения. Крепость угля не есть строго постоянная величина. Ее нельзя определить точно, а можно только указать пределы ее колебания для каждого забоя. Крепость угля может изменяться по мере подвигания забоя. Пласт угля характеризуется трещинами, так называемого эндогенного кливажа, обычно расположенные примерно перпендикулярно к плоскостям напластования [83].
При разрушении угля он, прежде всего, разделяется по трещинам кливажа, особенно при наличии растягивающих напряжений. Наиболее ощутимое облегчение разрушения от трещин кливажа проявляются при разрушении крупным сколом. При разрушении угля резцами врубовых машин влияние кливажных трещин ощущается не столь сильно. Сильнотрещиноватые угли с трещинами кливажа, расположенными через доли миллиметра, ведут себя при разрушении подобно сыпучим углям. Их механические свойства определяются не столько твердостью частичек самого угля, сколько их крупностью. Такие угли обычно настолько легко разрушаются, что для их разрушения даже не использую горные машины. Однако, в случаях когда трещиноватость этих углей не может быть реализована, например, когда трещины закрыты под влиянием давления кровли, сопротивления разрушению таких углей значительно повышается и будет определяться твердостью их частиц. Трещины кливажа, возникающие от сдвигающих напряжений, располагаются приблизительно под углом 45 к направлению сжимающих усилий [83].
Вес пород кровли создает в пластах угля объемное напряженное состояние. Вес пород над выработанным пространством передается на забой, вследствие чего возникает концентрация напряжений. Такой "зажатый" уголь трудно поддается разрушению. Если произвести в угле вруб, то находящийся под врубом уголь освободится от зажима между кровлей и почвой пласта. Он легко "разбирается" по наиболее крупным трещинам кливажа на большие куски. При этом трудность разрушения будет определяться не, сколько крепостью вещества угля, сколько количеством трещин и степенью связанности отдельных плит угля друг с другом. Собственный вес угля способствует его расслаиванию по плоскостям напластования при наличии нижнего вруба, чем заметно облегчается процесс разру-шения[24,83,104].
Экспериментальное исследование комбинированного разрушения массива баровым и клиновидным органом
Экспериментальное исследование комбинированного разрушения модели массива баровым и клиновидным исполнительным органом осуществили следующим образом: баровым исполнительным органом провели горизонтальные врубы, при этом разделяя массив на блоки (рис. 3). Высоту блока варьировали от 600 до 1400 мм, одновременно изменяли глубину вруба от 1400 до 1800 мм, при этом соотношение высоты блока и глубины вруба М находилось в пределах от 0,3 до 1.
При разрушении блока с соотношением его высоты и глубины вруба М равным 0,4-0,6 происходит, как правило, скол блока под его основание. Как показали исследования, откалываемые частицы сохраняли приблизительно одинаковую форму при различных параметрах блоков. Поверхности, по которым происходило откалывание частиц массива, во всех случаях были криволинейны. При разрушении блока, с увеличением соотношения высоты его и глубины вруба М 0,6 происходит дополнительное смятие блока скалывающим органом, а при этом скол блока происходит с увеличением усилия скола. При разрушении блока, с глубиной вруба равной высоте блока, т.е. М=1, происходит увеличенное местное смятие и измельчение блока под гранью скалывающего органа, скол затруднен и в отдельных случаях не происходит крупный скол блока. Разрушение блока под основание происходило в отдельных случаях, чаще блок разрушался на величину равную Иск (рис. 3 ж). Установлено, коэффициент использования вруба равен 0,8. В результате проведенного экспериментального исследования определили гранулометрический состав разрушенного массива методом ситового анализа[13,107].
Установлено, при комбинированном разрушении массива баровым и кли-новидным исполнительным органом крупность фракций класса +25мм достигала 79% от разрушенной горной массы.
Анализ проведенного исследования показывает перспективность и эффективность применения способа разрушения с применением предварительного проведения врубов с образованием блоков, возможность разрушения при различных параметрах высоты блока обеспечивает повышенный выход крупносортовых углей, что подтверждается результатами ситового анализа.
Полученные результаты экспериментального исследования позволяют выделить преимущество, определяющее перспективность применения комбинированного разрушения врубоблочным способом это небольшой объем выхода мелких фракций класса (0-25мм) разрушенного массива до 21%. Установлена принципиальная возможность применения технологии вру-боблочного комбинированного разрушения массива баровым и клиновидным исполнительными органами. В результате проведенных исследований на экспериментальном полигоне института ОАО «Кузниишахтострой» установлено, что разрушение массива комбинированного разрушения баровым и клиновидным исполнительным органом являются перспективным направлением в области совершенствования способов и средств разрушения угольного массива, как при проведении подготовительных выработок, так и при добыче угля.
Свойства разрушаемой среды играют главную роль в процессе разрушения угольного массива и наряду с геометрическими и кинематическими параметрами рабочего инструмента определяют характер и величину формирующейся нагрузки. Однако накопленный к настоящему времени опыт систематизации свойств углей и горных пород не позволяет разработать единый методологический подход к исследованию взаимодействия инструмента с разрушаемым массивом.
Современные теории резания углей и горных пород базируются на частных критериях разрушения, на основе которых строятся эмпирические модели, описывающие взаимодействие инструмента с разрушаемым массивом. Такой подход обусловливается тем, что развитие дефектов горных пород и углей, приводящее к отделению элементов от массива типичным резцовым инструментом, часто происходит в узкой области значений напряжений и деформаций, так что детальное знание самого процесса разрушения имеет второстепенное значение. Определяемый при этом экспериментальный критерий разрушения содержит в себе все особенности конкретного типа взаимодействия. В качестве критериев разрушения обычно выбираются силовые и энергетические показатели, характеризующие сопротивляемость массива определенному виду воздействия. Большинство экспериментальных работ в основном обобщают накопленный опыт использования тех или иных критериев разрушения в определенных условиях , для конкретного типа рабочего инструмента. Так, например, в [18,72,73,109,110] в качестве критерия разрушения горных пород групповыми и одиночными инструментами рекомендуется использовать интегральный показатель — контактную прочность Рк, который является достаточно представительным и надежным при прогнозировании величины нагрузки на инструменте, работающем в приповерхностной зоне разрушаемого массива. Для расширения области применения данного показателя на другие режимы разрушения (скол на обнаженную поверхность) сделана попытка получить интегральный показатель — сопротивляемость горных пород статическому откалыванию Ротк [9,93], на который существенное влияние оказывает масштабный фактор — разрушение может происходить как вследствие сдвига, так и вследствие отрыва. Кроме того, сделаны попытки построить модели нагрузки на скалывающем инструменте в зависимости от других интегральных показателей: сопротивляемости резанию, показателя хрупкости и осредненного коэффициента крепости. Такие модели удобны для практического применения, поскольку существующая классификация месторождений полезных ископаемых базируется как раз на этих показателях, но не отражают сущности процесса разрушения, что может привести к неадекватности эмпирической модели при изменении геометрических и режимных параметров взаимодействия.
Гранулометрический состав разрушенного угольного массива проходческими комбайнами избирательного действия при проведении подготовительных выработок
Широкое применение на современных угольных шахтах механического способа разрушения угольного массива сплошным фрезерованием при помощи проходческих комбайнов значительно увеличило выход угольной мелочи. Рассматривая возможность улучшения сортности разрушаемого угля за счет совершенствования исполнительных органов добычных машин и режимов их работы, следует, однако, иметь в виду, что эти мероприятия могут оказаться малоэффективными, если на последующих за выемкой этапах технологического процесса не будут предприняты соответствующие меры по предупреждению додрабливания товарных классов угля. Сортность угля предопределяется: 1) разрушаемостью угля; 2) способом обработки забоя; 3) конструктивными особенностями исполнительных и погрузочных органов добычных машин; 4) режимом работы исполнительного органа и машины в целом. В соответствии с изложенным выше, по-видимому, процентный выход класса 0-25 мм в объеме добытого угля может рассматриваться как один из критериев эффективности процесса разрушения угольного массива, а процентный выход класса +25 мм как критерий товарности добытого угля. Гранулометрический состав разрушенного угля рассматривается как один из показателей эффективности разрушения угольного массива. Исследования гранулометрического состава разрушенного угольного массива проходческими комбайнами избирательного действия при проведении подготовительных выработок провели на шахтах Кузбасса. Задачей исследований является оценка гранулометрического состава разрушенного угольного массива проходческими комбайнами избирательного действия и запыленности воздуха при проведении подготовительных выработок. Гранулометрический состав разрушенного угольного массива определяется методом ситового анализа. Сущность метода заключается в рассеве пробы на ситах и определении выходов классов крупности. На рис. 16 представлена диаграмма гранулометрического состава разрушенного угля проходческими комбайнами на шахтах Кузбасса.
По полученным данным построили кривые гранулометрического состава при разрушении угольного массива проходческими комбайнами избирательного действия на шахте им. Кирова (рис. 17) По полученным данным построили кривые гранулометрического состава при разрушении угольного массива проходческими комбайнами избирательного действия на шахте «Заречная» (рис. 18). Объемы проведения подготовительных выработок (рис. 19) по угольным пластам в связи с необходимостью увеличения добычи угля (рис. 20) и повышения безопасности горных работ с механическим способом разрушения массива забоя должны быстро возрастать с повышением эффективности работы проходческой техники и скоростей проведения выработок.
Для решения указанных вопросов ведутся работы по усовершенствованию имеющихся и созданию рациональных и эффективных средств разрушения угольного массива. Одновременно необходимы исследования направленные на разработку более эффективных способов разрушения угольного массива.
Исследовали гранулометрический состав разрушенного угля в зависимости от схемы обработки забоя при разрушении угольного массива. При выполнении в забое заданных режимов резания массива по схеме с отбойкой на вруб, когда в определённой последовательности производятся врубовые углубления в угольном массиве, с последующей отбойкой выступающих частей забоя в направлении этих врубовых углублений (рис. 22), естественно увеличение крупности разрушенного массива.
. Диаграмма гранулометрического состава при механическом разрушении угля проходческим комбайном и врубоблочным способом В результате исследований механического способа разрушения установлено, что разрушение угольного массива при проведении подготовительных выработок проходческими комбайнами избирательного действия сопровождается большим содержанием мелких фракций 0-25мм (до 81%), при высокой запыленности воздуха в забое (до 257 мг/м3), что характеризует высокую энергоемкость разрушения. Кроме того, низкий КПД процесса резания свидетельствует о необходимости коренного усовершенствования процесса разрушения угля резцами современных машин сплошным фрезерованием
Под величиной пылеобразования понимается количество всей пыли, образующейся в процессе разрушения угольного массива проходческими комбайнами. Величина пылевыделения определяется количеством пыли выделившейся в атмосферу выработки. Пылевыделение прямо пропорционально пылеобразованию.
Поэтому по замерам количества пыли, выделившейся в атмосферу выработки, можно судить о количестве образующейся пыли. Многочисленными шахтными исследованиями установлено, что на величину пылевыделения при работе комбайнов влияют в основном следующие факторы: влажность, крепость, мощность и структура угольного, скорость воздуха в забое, режим разрушения органом комбайна, конструкция исполнительного органа и тип комбайна. Исследования запылённости воздуха при разрушении угольного массива проходческим комбайнами избирательного действия провели на шахтах Кузбасса. Определили запыленность воздуха при работе проходческих комбайнов: ГПК, П-110, ГПКС, П-220, JOY, S-100, Dosco и др., с применением средств борьбы с пылью. Показатели запыленности воздуха при проведении выработок по пласту «Поленовский» представлены на рис. 25 . Результаты выполненных нами исследований пылеобразова-ния при работе проходческих комбайнов на шахтах Кузбасса сведены в таб. 9.
Исследования запыленности забоя при проведении подготовительной выработки провели на шахте «Красноярская» и шахте «им. 7 Ноября» по пласту «Байкаимский» при различной влажности разрушаемого угля. Проходческие комбайны 1ГПКС эксплуатировались в идентичных условиях по фактору проветривания с почти одинаковой интенсивностью отбойки полезного ископаемого.
Технология разрушения угольного массива врубоблочным способом
Технология разрушение угольного массива врубоблочным способом осуществляется путем выполнения двух основных процессов при проведении выработки механическим способом - разрушение забоя и удаление разрушенного массива с помощью погрузочного устройства. На рис. 31 показаны последовательные этапы разрушения угольного забоя подготовительной выработки с прямоугольной формой сечения врубоблочным способом. Разрушением угольного массива врубоб 96 лочным способом при помощи проходческого агрегата наиболее целесообразно осуществлять следующим образом: в угольном массиве левым баровым исполнительным органом, расположенным слева от продольной оси агрегата проводят первый вертикальный вруб на всю высоту выработки, правым баровым исполнительным органом от первого вертикального вруба по кровле выработки проводят горизонтальный вруб до правого борта выработки, одновременно с проведением горизонтального вруба правым баровым исполнительным органом, левым баровым исполнительным органом, на определенном расстоянии проводят вертикальные врубы до левого контура выработки. При переходе на выемку третьего снизу горизонтального обоими барами, начинается клиновым устройством обламывание блоков между первым и вторым горизонтальными врубами и далее очередных в на-направлении снизу вверх. После завершения выемки барами горизонтальных врубов в верхней части выработки начинается выемка вертикальных врубов в новой заходке в нижней части выработки.
Баровыми исполнительными органами осуществляется образование врубов, одновременно с производством врубов с некоторым отставанием клиновидным исполнительным органом разрушают угольные блоки, и далее процессы образования и отламывания блоков производятся одновременно.
Разрушение врубоблочным способом можно условно разделить на следующие этапы: - на первом этапе баровым исполнительным органом производят вертикальные врубы; - на втором этапе баровым исполнительным органом производят горизонтальные врубы; - на третьем этапе клиновидным исполнительным органом разрушают блоки, - на четвертом этапе погрузка разрушенного угольного массива нагребающими лапами погрузочного устройства.Характерной особенностью врубоблочного способа разрушения является совмещение операций по образованию врубов и разрушению блоков.
Схема разделения массива и параметры блоков при разрушении врубоблочным способом: Y - первый вертикальный вруб; 1 - вертикальный вруб; 2 - горизонтальный вруб; 3-угольный блок; и - высота вруба; k - высота выработки; т - ширина выработки; Ъ - ширина блока; h - высота блока; I - глубина вруба (длина блока) Достоинствами данного способа является его относительная простота, использование в качестве базовых хорошо развитых технологий и техники, сравнительно низкая энергоёмкость, обусловленная тем, что разрушение угольного блока происходит путем крупного скола. Энергоемкость разрушения-скола блоков существенно ниже, чем энергия, затрачиваемая на образование врубов, что и обуславливает эффективность всего разрушения.
Применение врубоблочного способа целесообразно для проведения подготовительных выработок проходческим агрегатом прямоугольной, трапециевидной формой поперечного сечения, с SCB до 15 м3, с присечкой пород f до 4 не более 50%. 4.3 Обоснование параметров разрушения угольного массива врубоблочным способом
Основные технологические параметры проведения подготовительной выработки определены с учетом основных положений методики им. А.А. Скочинского. В расчетах также использованы положения аналитического метода определения темпов проведения подготовительной горной выработки [87].
Для определения рациональных параметров организации работ при проведении подготовительных выработок врубоблочным способом используем эмпирические выражения, отражающие зависимость продолжительности и трудоемкости выполнения основных технологических процессов от скорости проведения выработки, ее сечения и степени присечки пород. При этом рассматриваем следующие основные процессы проведения выработки: работа проходческого агрегата, обслуживание проходческого агрегата, крепление выработки, обменно-транспортные операции, наращивание транспортных коммуникаций, прочие вспомогательные работы.
Сортность угля относится, как известно, к одному из основных показателей эффективности разрушения. Эффективность механического разрушения угольного массива врубоблочным способом во многом определяется крупностью разрушаемого массива. При разрушении врубоблочным способом основная масса мелких фракций разрушенного массива образуется при проведении врубов баровым исполнительным органом. При комбинировании разрушающего воздействия на угольный массив имеет большое значение соотношение видов воздействия: при определенном соотношении достигается максимальная эффективность комбинированного способа, превышающая простую сумму каждого из разрушающих воздействий.
При врубоблочном способе разрушения основными факторами, влияющими на крупность разрушаемого угольного массива, является объем массива разрушаемый баровым органом при образовании врубов. Естественно, что сортность разрушаемого массива характеризует энергоемкость процесса разрушения. Энергоемкость разрушения зависит от способа разрушения. Разрушение сколом (отрывом) является наименее энергоемким. Чем крупнее раздроблен угольный массив, тем меньше энергии затрачено на его разрушение и меньше пылеобразование. От сортности разрушаемого массива зависят не только пылеобразование и энергоемкость процесса разрушения, но и стоимость угля. С целью более эффективного разрушения необходимо стремится к снижению объема массива, разрушаемого проведением врубов Vep. Режим работы барового исполнительного органа также существенно влияет на сортность разрушаемого угля. Основными факторами совершенства процесса отделения угля от массива, влияющими на сортность, являются среднее значение сечения среза (истинное и условное) и степень заштыбов-ки исполнительного органа машин. Последний фактор относится главным образом к машинам, образующим врубовые щели, и барабанным исполнительным органам, повторно дробящим уголь в процессе его выгрузки из зоны исполнительного органа. Увеличение сечения среза может быть достигнуто как за счет увеличения скорости подачи или уменьшения скорости резания, так и за счет рациональной разрядки резцов на баровом исполнительном органе машины. Разрядка режущих цепей комбайнов и врубовых машин приводит к уменьшению выхода класса 0-6 мм в общем объеме добытого угля на 4-6%. Кроме того, большое значение имеют форма сечения среза и соотношение между средним значением ширины и толщины среза. С точки зрения получения наилучшей сортности добываемого угля желательно, чтобы сечение среза по форме приближалось к прямоугольнику. При создании специальных устройств, интенсифицирующих вынос штыба из вруба и предупреждающих повторное затягивание вынесенного штыба во врубовую щель, можно значительно увеличить скорости подачи машин без соответственного увеличения скоростей резания, а это значит, улучшить сортность добываемого угля и уменьшить удельную энергию разрушения.
