Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ развития технологии и средств механизации выемки мощных пологих пластов с выпуском угля 9
1.1 Способы разработки мощных пологих пластов при их отработке механизированными комплексами с выпуском угля 9
1.2 Пути развития механизированных крепей с выпуском угля 14
1.3 Цель и задачи исследований ...22
2 Методика лабораторных исследований по определению параметров механизированных крепей с выпуском подкровельной (межслоевой) толщи угля 25
2.1 Опыт применения основных закономерностей выпуска сыпучих материалов .25
2.2 Методика исследований технических возможностей механизированных крепей с выпуском подкровельной толщи угля на дополнительный завальный конвейер 28
2.3 Методика исследований регулируемого выпуска угля в механизированной крепи на забойный конвейер 30
3 Лабораторные исследования параметров выпуска под кровельной (межслоевой) толщи угля механизирован ными крепями 31
3.1 Исследования технических возможностей механизированных крепей с выпуском подкровельной толщи угля на дополнительный завальный конвейер 32
3.2 Исследования параметров устройства регулируемого выпуска угля в механизированной крепи на забойный конвейер 37
3.2.1 Влияние параметров питателя механизированной крепи на принудительный выпуск самообрушающегося угля из подкровельной толщи 39
3.2.2 Исследование влияние угла наклона задней ограждающей части механизированной крепи на процесс выпуска угля 45
3.2.3 Исследование влияние высоты выпускного окна на производительность выпуска 47
3.2.4 Влияние цепного заслона и рифлений питателя на показатели извлечения угля 50
3.2.5 Влияние угла наклона питателя и шага передвижки механизированной крепи на показатели извлечения 52
3.2.6 Исследование влияние кусков угля на процесс выпуска 57
4 Разработка механизированной крепи для выемки мощных пластов с регулируемым выпуском угля на забойный конвейер 59
4.1 Обоснование основных параметров устройства регулируемого выпуска угля в механизированной крепи 59
4.2 Механизированная крепь с устройством регулируемого выпуска угля на забойный конвейер 62
5 Рекомендации к проекту подготовки и отработки пла стов IV-V-VI шахты ОАО «Разрез сибиргинский» 72
5.1 Горно-геологические условия пласта 72
5.2 Выбор участка пласта для выемки лавы 74
5.3 Запасы угля в выемочном участке 76
5.4 Очистные работы 77
5.5 Расчет суточной нагрузки 78
5.6 Расчет цикличности работы комплекса 97
Выводы 99
Заключение 100
Литература 102
Приложения 112
- Пути развития механизированных крепей с выпуском угля
- Методика исследований регулируемого выпуска угля в механизированной крепи на забойный конвейер
- Исследования параметров устройства регулируемого выпуска угля в механизированной крепи на забойный конвейер
- Механизированная крепь с устройством регулируемого выпуска угля на забойный конвейер
Введение к работе
Актуальность работы. При отработке мощных пластов взамен традиционного разделения их на наклонные слои, применяются технологии разработки с выпуском угля подкровельной или межслоевой толщи, использующие силы горного давления для сокращения затрат на добычу. Для их реализации предложены и созданы механизированные комплексы, обладающие дополнительными функциями по управлению процессом извлечения угля, находящегося над крепью или обрушающегося позади нее [1].
Преимущества этой технологии заключаются в значительном сокращении объемов подготовительных работ, капитальных и эксплуатационных затрат, энергоемкости системы, снижении опасности самовозгорания угля, а также возможности разработки указанных пластов в сложных условиях и извлечение запасов из оставленных ранее охранных целиков.
Наряду с очевидными преимуществами технологии с выпуском угля, известны и трудности ее реализации [2]. В первую очередь это относится к требованиям полноты выпуска угля и механизации работ по осуществлению, обеспечения безопасности и эффективности работы очистного забоя. Потери угля в обрушенном пространстве лавы приводят к самовозгоранию угля. С переходом на более глубокие горизонты, применяемые технологические схемы разработки мощных пластов и средств механизации не соответствуют в должной мере современным требованиям повышения нагрузки на забои, концентрации и безопасности работ. В этой связи, учитывая, что около 50 % мировых промышленных запасов угля залегают в пластах мощностью свыше 4 м [3, 4], становится очевидной необходимость реализации новых технологических решений по эффективной разработке мощных пластов. В России в одном только Кузнецком угольном бассейне балансовые запасы угля в мощных пологих и наклонных пластах составляют 47,8 млрд. т. [5], из них в соответствии с современным техническим уровнем около 70 % могут быть извлечены только подземным способом [6].
Однако, известные способы разработки мощных пластов угля с использованием механизированных комплексов с выпуском подкровельной (межслоевой) толщи угля обладают существенным недостатком, который заключается в невозможности выпуска крупнокускового угля, образующихся при работе на крепких углях. Это потребовало изучения процесса выпуска угля через выпускные окна в секции механизированной крепи.
В настоящей работе предложен способ управления процессом гравитационного движения угля при выпуске подкровельной (межслоевой) толщи в зоне повышенного горного давления над секциями механизированной крепи за счет принудительно-управляемого выпуска угля в каждой секции регулируемыми по производительности питателями на один забойный скребковый конвейер. Регулируемый выпуск позволяет создать общий поток угля над механизированным комплексом, за счет увеличения зоны потока угля, значительно превышающие зоны потока известных способов. Это обеспечивает, увеличение пропускной способности выпускного окна механизированной крепи, полноту выпуска угля в т. ч. крупнокускового и снижение разубожи-вания. Кроме того, позволяет управлять, загрузкой забойного скребкового конвейера максимально используя его технические возможности, и значительно упростить сопряжение лавы с подготовительными выработками.
Создание новых эффективных технологий и средств механизации для выемки мощных угольных пластов во многом зависит от правильного определения параметров выпускных окон секций механизированных крепей и способа выпуска угля. Решение проблемы тесно связано с разработкой принципиально новых механизированных крепей, обеспечивающих управляемый площадной выпуск угля по всей длине лавы одновременно из нескольких секций.
Поэтому работа, связанная с обоснованием механизированной крепи с устройством регулируемого выпуска угля и её параметров является актуальной.
Цель работы состоит в обосновании параметров устройства регулируемого выпуска угля в механизированной крепи, обеспечивающей выпуск подкровельной (межслоевой) толщи с минимальными потерями и зольностью угля.
Идея работы заключается в использовании питателей в конструкции механизированных крепей обеспечивающих управляемый площадной выпуск угля по всей длине лавы.
Задачи исследования:
Разработать методику проведения лабораторных исследований и установить закономерности параметров выпуска механизированной крепью с выпуском угля на завальный и забойный конвейера;
Обосновать параметры устройства регулируемого выпуска угля на забойный конвейер;
Разработать рекомендации по отработке мощных пластов механизированной крепью с регулируемым выпуском угля.
Методы исследований: анализ и обобщение технологии разработки мощных пластов и научно-технического развития средств механизации выпуска, лабораторные исследования процесса выпуска угля на завальный и забойный конвейера.
Научные положения, защищаемые автором: при выпуске угля на завальный конвейер образуются индивидуальные зоны потока с фигурой выпуска в виде клина, и шириной на уровне выпускного окна до 800 мм; управляемый площадной выпуск угля по всей длине лавы на забойный конвейер обеспечивается установкой регулируемых по производительности питателей на каждой секции крепи; перемещения питателя в сторону завала и установка его под углом 10-5-20 к горизонту в сторону разгрузки при его ходе равном 1/4-5-1/10 ширины ленты лавы приводит к росту величины зоны потока и производительности выпуска;
Достоверность научных результатов обеспечивается достаточным объемом лабораторных исследований взаимодействия механизированных крепей с выпускаемой подкровельной толщей угля; применением современной аппаратуры и методов обработки результатов.
Научная новизна: экспериментально установлена фигура выпуска и ширина зоны потока угля на уровне выпускного окна при работе завального конвейера; разработана принципиальная схема секции механизированной крепи с регулируемым по производительности питателем, позволяющим обеспечить управляемый площадной выпуск угля по всей длине лавы; определено влияние параметров устройства регулируемого выпуска угля в механизированной крепи на производительность и ширину зон^і потока.
Личный вклад автора состоит в создании стендов для экспериментальных исследований, проведении лабораторных исследований по определению параметров механизированных крепей с выпуском на завальный и забойный конвейера, обобщение их результатов, а также разработке принципиальной схемы механизированной схемы механизированной крепи с устройством регулируемого выпуска подкровельной (межслоевой) толщи угля на забойный конвейер, обосновании его параметров.
Практическое ценность работы состоит в обосновании принципиальной схемы механизированной крепи для выемки мощных угольных пластов с регулируемыми по производительности питателем (полезная модель № 39913); результаты лабораторных исследований позволяют улучшить условия труда и снизить потери и зольность угля, а также затраты на отработку мощных пластов и повысить технико-экономические показатели очистных работ за счёт использования питателей в конструкции механизированных крепей обеспечивающих управляемый площадной выпуск угля по всей длине лавы.
Реализация работы в промышленности. Научные результаты переданы для использования в проекте подготовки и отработки пластов IV-V-VI шахты ОАО «Разрез Сибиргинский».
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на научных семинарах лаборатории подземной разработки угольных месторождений ИГД СО РАН, на кафедре горные машины и электрооборудование в КГ-МИ (Кыргызстан, г. Бишкек), на Международной конференции «Динамика и прочность горных машин» (Новосибирск, 2003 г.), на «Неделях горняка» (Москва, 2003, 2005 гг.), на международных конференциях: «Повышение эффективных показателей транспортных, строительно-дорожных машин и коммуникаций в условиях высокогорья и жаркого климата» (Кыргызстан, Бишкек: КГУСТА, 2003); «Тюрко-согдийский синтез и развитие проблемы культурного наследия» (Кыргызстан, Ош: КУУ, 2004); «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» (Новокузнецк, 2004); «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности» (Кемерово, 2004).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 9 печатных работах, включая патент РФ на полезную модель.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов, списка литературы. Общий объем работы составляет 113 страниц, в том числе 39 рисунков, 7 таблицы. Список литературы содержит 85 источников.
За помощь в проведении исследований, положенных в основу данной диссертационной работы, автор выражает глубокую благодарность д.т.н., засл. изобр. РФ. В. И. Клишину, кандидатам технических наук Ю. С. Фокину, Д. И. Кокоулину, особую благодарность к.т.н., засл. изобр. РСФСР В. Н. Власову, сотрудникам лабораторий подземной разработки угольных месторождений и механики сыпучих сред ИГД СО РАН.
Пути развития механизированных крепей с выпуском угля
Широкое промышленное применение первых оригинальных конструкций механизированных крепей для технологии с выпуском угля на шахтах Кузбасса началось в 60-х годах прошлого столетия после внедрения в производство оградительно щитовых крепей типа КТУ (авторы проф. Ковачевич П. М., Евсеев В. С, Корзюков Е. К., Крылов В. Ф., Линденау Н. И., Федоров В. Р.) [9-11], получившие распространение в Томусинском районе Кузнецкого угольного бассейна. Предназначались они для работы в облегченных по горному давлению условиях - под межслоевой толщей, защищенной гибким металлическим перекрытием, - с использованием буровзрывных работ для обрушения угля над крепью [9, 12]. Секции оградительной крепи были жесткими, без гидравлических стоек и поддерживающего элемента. Крепи имели весьма малую площадь свободного сечения, оборудовались только одним призабойным конвейером, используемым для выемки и выпуска угля, что обусловило расположение выпускного окна высоко над почвой пласта. Это создает значительное пылеобразование при выпуске угля и малое сечение для воздуха. Настилка вручную гибкого металлического перекрытия сдерживала подвигание очистных забоев монтажного слоя и приводила к неудовлетворительным показателям их работы [13-18]. Работа очистных забоев, оборудованных крепями типа КТУ 2М, АМС, КНК [19] характеризовалась деформациями стоек и оснований секций крепи, опасностью ведения буровзрывных работ на газоносных пластах, значительными потерями угля при выпуске и невысокими нагрузками на лаву. В 1968 году во Франции был успешно испытан выпуск подкровельной толщи угля с использованием поддерживающей, комплектной, двухсекционной крепи на скребковый конвейер расположенной в завальной части лавы под дугообразными ограждениями («бананом»), подвешенными подвижно к верхнякам секций крепи и управляемыми гидродомкратами, опирающимися на основании этих секций [20]. Для предотвращения просыпания угля в зазоры между верхняками и обеспечения управления выпуском использовали гибкую сетку, вручную заводимую на верхняки с забойной стороны крепи. Несмотря на весьма значительный объем опасных для персонала работ, эта технология оказалась эффективной при отработке пластов переменной мощности [20]. С использованием опыта этих работ и эксперимента, проведенного в 1973 году на базе поддер-живающе-оградительной крепи М81, в 1975-1976 гг. на шахте им. Ленина Карагандинского бассейна был успешно испытан экспериментальный комплекс КМ81В [8, 20-23]. Каждая секция крепи была снабжена наклонной гидростойкой управления ограждением, опирающейся на индивидуальное основание задней гидростойки секции, и выдвижным шибером, приводимым в движение специальным гидродомкратом. Такая конструкция в отличие от прежних позволила при испытании в 1975 - 1976 гг. экспериментального образца комплекса КМ-81В осуществлять выпуск угля на каждой секции, полностью механизировать процесс выпуска и активно им управлять. Это обеспечило достижение технико-экономических показателей (среднесуточная нагрузка на забой 984 т, производительность 14 т/смену, потери угля по мощности пласта 10%) на уровне средних при разработке мощных пологих пластов с разделением на наклонные слои.
Наиболее важной задачей повторных испытаний была отработка технологии выпуска угля с целью уменьшения разубоживания выпускаемого угля. Для этого были опробованы несколько вариантов размещения точек выпуска угля по длине лавы: из одной секции последовательно по всей длине лавы; то же, из двух секций; то же, из трёх секций одновременно, находя щихся на расстоянии 5 м одна от другой. В работе [20] отмечается, что самым лучшим вариантом, обеспечивающим минимальные потери и разубожи-вание угля, был бы выпуск угля по всей длине лавы одновременно из всех секций. Тогда контактная граница уголь - порода опускалась бы прямолинейно и параллельно почве пласта. Однако такую технологическую схему применить невозможно по следующим причинам: неспособность завального конвейера принять сразу большую массу угля по всей его длине; возникновение опасности динамических ударов на крепь вследствие большой, одновременно вынимаемой мощности пласта. Неэффективными оказались варианты выпуска угля из отдельных секций или секций отдаленных одна от другой: происходит быстрое просачивание породы в выпускное окно, образуется так называемые воронки внедрения породы. Наиболее приемлем одновременный выпуск угля из 1-2 соседних секций последовательно по всей длине лавы. При такой схеме достигается плавное опускание разрушенного угля и налегающих пород, что улучшает качество выпускаемого угля. Были опробованы также варианты установления оптимального шага выпуска: через одну комбайновую полосу шириной 0,63 м; через две — 1,26 м и через три — 1,89 м [20]. Оказалось, что первый и третий варианты неэффективны: первый из-за большого разубоживания угля (36-38% при выпуске и 29,7% в целом по пласту); третий из за резкого увеличения потерь угля (более 20%), оставляемого за ограждениями секций крепи, однако уголь при этом варианте выпускается наиболее низкозольный (30,8% при выпуске и 27 % по пласту). Следовательно, второй вариант более оптимальный (шаг выпуска 1,26 м): потери 13,2%, зольность выпускаемого угля 32,5%; общая зольность по пласту 27,8%.
С учетом опыта работы этого комплекса был разработан комплекс КМВ130 с более высокой несущей способностью крепи - до 700 кН/м , испытание которого на шахте «Казахстанская» в 1982 году закончились неудовлетворительно по ряду причин, в том числе из-за значительной ширины призабойного бессточного пространства, когда крепь теряя способность управлять поведением подкровельной толщи, выпускала ее в этой зоне [20,
Методика исследований регулируемого выпуска угля в механизированной крепи на забойный конвейер
Исследования регулируемого выпуска угля в механизированной крепи на забойный конвейер проводились на плоском стенде (рис. 2.2), в масштабе 1: 25, позволяющей осуществлять выпуск угля при различных схемах крепи и исполнительных органов. Основным методом изучения закономерностей выпуска использовался метод, основанный на наблюдении и фиксации положения отдельных частиц и прослоек сыпучего материала на контакте с прозрачной стенкой модели. В качестве сыпучего материала, имитирующего уголь и породы, подбирались материалы, близкие к ним по отдельным физико-механическим свойствам: угольная мелочь, щебенка, мраморная крошка. Характер изменения параметров фигуры выпуска в модели исследовался с помощью угля, породы различной фракции и накладки специальных слоев, окрашенных в другой цвет между слоями основного материала. Исследования проводились для следующих горно-геологических условий: мощность пласта составляла - 6,5 м; мощность пород активной кровли пласта -6 м; мощность подсечного слоя - 3,5 м; мощность подкровельной пачки - 3 м.
Для отработки мощных пологих пластов одним слоем, предложено выемку нижней части угля (подсечного слоя) мощностью до 3 м производить при помощи комбайна, а верхнею часть пласта (подкровельная толща) разрушать горным давлением и выпускать на забойный или завальный конвейера.
Проведены лабораторные исследования выпуска угля на завальный (рис. 3.1) и забойный (рис. 3.2) конвейера.Рис. 3.1 Исследования по определению Рис. 3.2 Исследования по определениютехнических возможностей механизи- параметров устройства регулируемогорованных крепей с выпуском на за- выпуска угля в механизированной кре вальный конвейерпи на забойный конвейер
Лабораторные исследования позволили определить технические возможности принципа управления процессом выпуска подкровельной толщи угля, предусмотренном в крепи поддерживающего типа, например, ZFS производства КНР. В крепях данного типа выпуск угля чаще всего производится за счет управляемого ограждения путем его поднятия-опускания. Выпускное окно в этом случае формируется путем изменения расстояния между нижним торцом ограждения и линией естественного откоса выпускаемого угля. Выдвижное ограждение в виде шиберного затвора позволяет уменьшать или увеличивать площадь выпускного окна.
Начальные опыты проведены при различных высотах шиберного затвора, с соблюдением условия проходимости негабаритов угля определяемого отношением сечения выпускного окна к максимальному размеру выпускаемого материала. В рудной промышленности отношение сечения выпускного окна к максимальному диаметру кусков руды рекомендовано не менее 5V7 [53], в то время как для угольных шахт это соотношение равно 4ч-5 [8, 54]. Отсюда можно определить предельный размер куска (dmax), выпускаемого через выпускное окно (отверстие Нтах) по выражению:
Результаты лабораторных опытов приведены в таблице 3.1. Условием проходимости угля является соблюдение отношения сечения выпускного окна к максимальному размеру кусков угля составляющего 4ч-5. На рисунке 3.3 показано гистограмма, где наилучший показатель ширины зоны потока на уровне выпускного окна (шиберного затвора) получен при выпуске угля при максимально открытом затворе 1200 (48) мм. С уменьшением максимального значения высоты окна до 600 (24) мм, сужается ширина зоны потока.
Кроме того, при выпуске самообрушающегося угля на завальный конвейер, расположенной на почве пласта образуется зона потока породы в виде конуса (рис. 3.4), его угол наклона со стороны забоя составляет 68+76, с завальной стороны 75 +80 .Дальнейшие опыты для этих же параметров проведены с крупнокусо-вым углём. В таблице 3.2 приведен состав угольной фракции при разной высоте выпускных окон.
После засыпки стенда углем, мощность пласта составит 6 м, в том числе высота под кровельной толщи - 3 м. В качестве породы использовался гранит крупностью 500 (20) мм. На рисунке 3.4, показан процесс выпуска под-кровельной толщи угля на завальный конвейер механизированной крепи, при высоте шиберного затвора 1200 (48) мм и с крупностью угля 70+750 (3+30) мм.
Процесс выпуска начинался одновременно с движением скребкового конвейера заполненного углем. Сразу же на уровне шиберного затвора образовалось зависание угля (см. рис. 3.4, б, в). На практике, в таких случаях двигают шиберным затвором с помощью гидродомкратов, при испытании на модели обрушение зависшего угля имитировалось с помощью прута. При обрушении было видно, что на высоте 3500 (140) мм образовалось пустое пространство (рис. 3.4, г, д, е, ж). При этом дальнейший выпуск угля под собственным весом и покрывающих горных пород не наблюдается, в связи с образованием куполов угольного массива, которые искусственно обрушали с по Аналогичным образом проведены опыты с высотой шиберного затвора 900 (36) и 600 (24) мм. Кроме того, в опытах наблюдалось проникновение кусков породы в пустые пространства при выпуске угля, образовывающие собой фигуру выпуска в виде клина. Угол клина со стороны забоя составляет 74 со стороны завала 64 . Ширина зоны потока на разных высотах шиберного затвора колебалась в пределах 600-ь800 (24-К32) мм, а на верхнем уровне подкровельной толщи 3875- 4250 (155ч-170) мм. Исходя из этого, можно определить потери угля при передвижке крепи (рис. 3.5).
Опыты с крупнокусковыми углями подтвердили низкую эффективность работы механизированных крепей с выпуском на завальный конвейер. Несоответствие выпускного окна известному условию проходимости сыпучего материала, показало, что при выпуске крупнокускового угля возникают
При этом следует отметить следующее:1. При засыпке стенда углем, при максимально открытом шиберном затворе (Н=1200 мм) уголь под естественным откосом вываливается за рештаком с забойной стороны.2. Из-за постоянного зависания крупнокускового угля и необходимости ликвидации зависаний с помощью специальных устройств, существующая технология выпуска крупнокускового угля на завальный конвейер, полноценный его выпуск не гарантирует. Частое куполооброзование угля над щитом, специальные технические приемы и средства его ликвидации осуществляются непосредственно в присутствии обслуживающего персонала, создавая небезопасную среду.
Исследования параметров устройства регулируемого выпуска угля в механизированной крепи на забойный конвейер
Создание механизированной крепи обеспечивающей площадной, регулируемый выпуск подкровельной (межслоевой) толщи угля на забойный конвейер для разработки мощных пологих пластов угля во многом зависит от правильно выбранных параметров механизированной крепи и её типа, местоположения выпускных окон, также способа выпуска угля.
Применение питателей на выпуске и погрузке подкровельной (межслоевой) толщи в механизированных крепях с выпуском самообрушающего-ся угля, является новым направлением в создании высокопроизводительных технологий в угольной отрасли. Поэтому возникла необходимость провести исследования по изучению основных зависимостей и закономерностей, определяющих рациональные параметры механизированной крепи с принудительно-управляемым выпуском угля (рис. 3.6).
Оценивалось влияние конструктивных параметров плунжерного питателя механизированной крепи с принудительным выпуском самообрушаю-щегося угля на характер изменения параметров фигуры выпуска. При этом определялось производительность выпуска в зависимости от параметров устройства регулируемого выпуска и кусковатости угля.где, Q — производительность выпуска; / - место положение питателя относительного выпускного окна; h - высота кромки питателя; А - длина хода питателя; у - угол наклона задней ограждающей части механизированной крепи; Н - высота выпускного окна; Z - высота подъема заслона при выпуске самообрушающегося угля; S — высота рифлений питателя; a - угол наклона питателя; Так как зона потока является сферой влияние питателя и выпускного окна механизированной крепи, а их размерами будут определяться производительность, то важно выяснить, какие факторы определяют размеры и форму зоны потока. Это необходимо для создания в каждом конкретном случае наиболее благоприятных условий выпуска угля. Для решения вопросов, связанных с принудительным выпуском подкровельной (межслоевой) толщи угля механизированными крепями, необходимо знать влияние их размеров на размер зоны потока или на размер сферы влияние питателя и выпускного окна механизированной крепи. С этой целью были произведены опыты по выпуску подкровельной толщи самообрушающегося угля из стенда при различных значениях питателя.
В каждом опыте уголь выпускали до появления покрывающих пород в выпускном окне. В первую очередь были проведены опыты, с целью опреде ления влияние смещения питателя относительно выпускного окна в сторону завала - на процесс выпуска. Было выбрано пять точек. /=0; 315; 630; 875; 945 мм (рис. 3.7). При этом постоянными значениями были: высота выпускного окна (Н=1000 мм); ширина выпускного окна (В=1000 мм); ширина рабочего органа (875 мм); высота кромки плунжера (h=125 мм); ход плунжера (А=200 мм).
Для удобства наблюдений за процессом движения и фиксации выпускаемой массы горизонтальные слои угля на определенных уровнях был разбит на Д частей. Каждая і-тая часть выпушенного угля обозначалась символом V,- , где і = 1, ...., А. Таким образом, весь объем выпушенного угля V описывается в виде следующей суммы:
Для того чтобы извлечь объем угля Vj необходимо совершить ПІ двойных ходов питателя. Следовательно, для извлечения всего объема угля V необходимо п ходов.Результаты замеров ширины зоны потока N на уровне выпускного окна, объем выпушенного угля V и сумма хода плунжера п, полученных при опытах, приведены в табл. 3.3. Характер их изменения показан на графике, приведенном на рис. 3.8. При фиксированном Н, h, А функции N и V становится линейной относительно /. С перемещением питателя, относительно выпускного окна от 0 до 945 (/, мм), увеличивается ширина зоны потока на уровне выпускного окна и объем выпушенного угля. Это подтверждается результатами экспериментальных исследований (см. рис. 3.8). При этом, сумма хода питателя, изменяется скачкообразно.
Рис. 3.8 Изменение ширины зоны потока (1) и объема выпушенного угля (2) в зависимости от места положения питателя На рис. 3.9 показано вид функции изменения суммы хода плунжерного питателя, в зависимости от его место нахождения. Методом Лагранжа [5 5] получен интерполяционный вид следующей функции:
Механизированная крепь с устройством регулируемого выпуска угля на забойный конвейер
При выборе конструктивных параметров механизированной крепи с устройством регулируемого выпуска угля, основное внимание уделялась нескольким определяющим факторам: экономическая эффективность; высокая полезная отдача; малые расходы на обслуживание; низкая стоимость; длительный срок эксплуатации.
Схема крепи выбрана путём параллельного анализа конструкции крепей фирм Fazos, Glinir (Польша), CzMT (Чехия), DBT (Германия), JOY, (США), ОАО «ОМТ» - ОАО «Гипроуглемаш», промышленная группа «МК», ООО производственное объединение «Юрмаш» (Россия), которые подвергались тщательной сравнительной оценке с точки зрения конструктивной целесообразности, совершенства кинематической и силовой схем, стоимости изготовления, надежности действия, габаритов, металлоемкости и массы, технологичности, удобства обслуживания, осмотра, монтажа-демонтажа.
При проектировании данной крепи на базе унификации использован метод универсализации [76] который преследует цели расширения функций механизированных крепей, увеличения диапазона выполняемых ими операций, расширения области их применения. Она увеличивает приспособляемость крепей к требованиям производства и повышает коэффициент их использования. Одна универсальная крепь заменяет несколько специализированных средств механизации, выполняющих отдельные операции.
Расширить функции и области применения крепей можно введением дополнительных рабочих органов, приданием сменного оборудования, введением регулирования для увеличения вынимаемой мощности пласта, регулированием главных показателей (мощности, производительности и др.) [76]. В данном случае дополнительным рабочим органом является плунжерный питатель, предназначенный для выпуска и погрузки крупнокускового угля из подкровельной толщи на забойный конвейер. Конструкция питателя рассчи тана для тяжелых условий работы под завалом угля при ликвидации зависаний в выпускном окне, известными технологическими операциями.
Соответственно по назначению и условиям эксплуатации механизированная крепь с регулируемым выпуском угля предназначена для поддержания подкровельной толщи угля или ограждения от неё в целях сохранения призабойного пространства по длине очистного забоя в рабочем и безопасном состоянии, обеспечивая механизацию процессов крепления и регулируемого выпуска подкровельной толщи угля на забойный конвейер, передвижения и удержания забойного конвейера вместе с выемочной машиной.
Секция механизированной крепи с устройством регулируемого выпуска подкровельной (межслоевой) толщи угля — самостоятельная структурная единица механизированной крепи очистного забоя, способная на ограниченной его длине, равной ширине секции, поддерживать (ограждать) призабой-ное пространство очистного забоя в рабочем и безопасном состоянии, обеспечивая выпуск подкровельной (межслоевой) толщи угля принудительным способом на забойный конвейер.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежами, где на рис. 4.3 показано принципиальная схема секции механизированной крепи (далее секция) с устройством регулируемого выпуска самообрушающегося угля из межслоевой толщи, которая включает перекрытие 1 с завальной 2 и забойной 3 балками (рис. 4.4), которое шарнирами 4 связано с основанием 5, гидростоек 6, верхняка 7, шарнирами 8 закрепленного на перекрытии 1. Гидродомкрат 9 передвижения установлен на основании 5 и связан с забойным скребковым конвейером 10. Устройство регулируемого выпуска самообрушающегося угля из подкровельной (межслоевой) толщи выполнено в виде желоба 11 с бортами, расположенного между гидростойками 6 в проеме перекрытия 1.
На днище 12 желоба 11 смонтирован питатель 13 и выполнен в виде жесткой плиты 14 (рис. 4.6), рабочая поверхность которой (рис. 4.5) выполнена с клиновыми рифлениями 15, обеспечивающими минимальное сопротивление перемещению жесткой плиты 14 в сторону завала угля и максимальное трение и сцепление ее рабочей поверхности при перемещении в сторону выпуска угля. При этом над каждым из рифлений 15 в потоке угля образуются области сопротивления. Питатель 13 снабжен гидроцилиндром 16 (рис. 4.3), шток которого закреплен на жесткой плите 14, а корпус-на бортах желоба 11. Для того чтобы не заштыбовывался завальный конец питателя 13 (рис. 4.5), под соединительной балкой 17 выполнено окно 18 для выхода штыба при перемещении секции. Для обеспечения плавной перегрузки угля с жесткой плиты 14 питателя 13 на забойный скребковый конвейер 10 на раме 19 забойного скребкового конвейера 10 выполнена разгрузочная площадка 20 (рис. 4.3). Соединение перекрытия 1 с основанием 5 с помощью шарниров 4 выполнено в виде верхней 21 и нижней 22 траверс, образующих четырех-звенник Чебышева, причём верхняя траверса 21 состоит из двух тяг, расположенных по внешним сторонам жёлоба 11. Днище 12 жёлоба 11 на одном конце шарнирно связано с основанием 5 и снабжено на другом конце гидродомкратами 23 (рис. 4.5), установленными между жёлобом 11 и основанием 5 (рис. 4.6).
Питатель 13 (рис. 4.6) снабжен дополнительным гидроцилиндром 16, закреплённым на жёсткой плите 14, при этом штоки гидроцилиндра 16 и дополнительного гидроцилиндра 16 закреплены на жёсткой плите 14, а корпу-са-на бортах жёлоба 11 [77]. Заслон 24 (рис. 4.3), закрывающий выпускное окно, выполнен в виде телескопически соединённых плит, снабжён гидродомкратом 25 управления и шарнирно закреплён на забойной балке 3 перекрытия 1. В секцию могут дополнительно входить следующие устройства: удержание груди забоя, направленного передвижения базовой балки и обеспечение устойчивости секции, удержание забойного конвейера, активного подпора в процессе передвижения, перекрытия боковых зазоров и др.
Пласт разделяют на слои, слои на лавы. При этом, если пласт разделяют на два слоя, то между ними оставляют межслоевую толщу, один - над-кровельную. Ведут проходку горно-подготовительных и нарезных выработок, монтажных камер (рис. 4.7).
