ГИДРОИМПУЛЬСНАЯ ОТБОЙКА - ПЕРСПЕКТИВНЫЙ СПОСОБ ВЫЕМКИ УГЛЯ НА ШАХТАХ С ОБЫЧНОЙ ТЕХНОЛОГИЕЙ
Тимошенко Г.М., докт. техн. наук, Бугрик В.А., инж.
ДПИ
Уголь Украины, 1989, №6. (с.13 -14)
Гидравлическое разрушение угля имеет ряд преимуществ перед другими распространенными средствами выемки. При использовании этого способа на шахтах с обычной технологией необходимо обеспечить приемлемую влажность отбитого материала (в пределах 10%), для чего требуется значительно повысить эффективность разрушения в сравнении с достигнутой на гидрошахтах (при нарезных работах Т:Ж=1:15…1:20). Как известно, разрушающая способность струи определяется ее давлением и диаметром: для получения высокой производительности отбойки нужны большие давление воды и диаметр рабочего насадка. Но одновременно с этим увеличиваются расход воды и затрачиваемая мощность. Как показали исследования, при гидроотбойке стационарными струями среднего диаметра (8 - 12мм) давлением до 35МПа отношение Т:Ж=1:1,2…1:1,4, а энергоемкость разрушения - выше 10кВтч/т.
Лучшие показатели из стационарных у тонких струи высокого давления при щелевом способе разрушения, однако они не могут обеспечить влажность отбиваемого угля ниже 40 - 50% и энергоемкость менее 10кВтч/т. В связи с этим в работах, проводимых в лабораторных и промышленных условиях, предусматривается, как правило, использование водяных струи совместно с механическими инструментами. Такие комбинированные (гидромеханические) способы позволяют улучшить многие эксплуатационные показатели в сравнении с механическим разрушением, но вынести электропривод из забоя и значительно снизить массу и габаритные размеры выемочных машин (что имеет решающее значение в особо жестких условиях эксплуатации) не удается. Невозможно также дистанционное разрушение, поскольку тонкие струи воды обладают очень малой эффективной дальностью.
Наиболее полно сочетаются все важнейшие достоинства гидравлического разрушения в случае применения импульсных струи среднего диаметра со скважностью импульсов (отношение периодов повторения импульсов к длительности импульса) 10 и более. Для таких струй характерны при высоких мгновенных значениях расхода (50 - 100 м3/ч) и мощности (500 - 750кВт) в импульсе малые в среднем за период значения (порядка 5 м3/ч и 50кВт соответственно) этих параметров и лучшее, чем у стационарных, взаимодействие с массивом. Удельная энергия (35 - 80Дж/см2) щелеобразования у импульсных струи среднего диаметра примерно такая же, как и у стационарных тонких одиночных (30 - 100Дж/см2), хотя ширина образуемой последними щели в 3 - 10 раз меньше. Энергоемкость разрушения при щелеобразовании импульсными струями в 3 раза и более ниже, чем стационарными.
Вместе с эффективным щелеобразованием наличие мощных импульсных нагрузок на массив позволяет производить самообрушение межщелевых целиков толщиной до 1м. В результате гидроимпульсная отбойка по удельной энергоемкости процесса разрушения (0,15 - 0,55кВтч/т) не уступает механическому разрушению органами режущего действия, а дополнительная влажность отбитого угля в области рациональных давлений может быть ниже 5%.
Другим аспектом развития новых способов разрушения является их реализация в выемочных машинах. Для успешного применения гидроимпульсного способа необходимы эффективные и удобные в эксплуатации устройства, формирующие импульсные струи требуемых параметров. К таким устройствам относятся гидроимпульсаторы-накопители, разработанные в ДПИ.
Рис.1 Структурная схема гидроимпульсатора-накопителя.
1- подводящая магистраль; 2- гидроаккумулятор; 3- распределитель; 4- ствол с рабочим насадком; 5- система управления; I и II - закрытое и открытое положение распределителя.
Накопители (рис.1) используют в качестве энергоносителя малорасходный (порядка 5 м3/ч) поток воды высокого давления. Их рабочий процесс состоит из двух основных фаз - зарядки и импульса. Во время зарядки, длящейся более 90% длительности цикла, распределитель 3 закрыт (положение I) и ствол 4 отсоединен от системы - подводимая энергия принимается аккумулятором 2. После накопления требуемого ее количества распределитель открывается (положение II), аккумулятор соединяется со стволом и формирует в нем кратковременный импульс высокого давления. Создаваемая струя диаметром 8 -12мм имеет в импульсе мгновенную мощность до 500 - 750кВт, что более чем в 10 раз превышает подводимую.
Как видно, в гидроимпульсаторе-накопителе осуществляется наиболее совершенное преобразование потока, не требующее трансформации одного вида энергии в другой: подводимая главным образом потенциальная энергия потока жидкости накапливается гидроаккумулятором и используется после этого для формирования высокоскоростной струи. И такие устройства обладают хорошими эксплуатационными качествами: малыми габаритными размерами (1000*600*300мм) и массой (200 - 300кг); удобным подводом низкорасходного поток воды рукавом небольшого диаметра (16 - 25мм); высоким КПД.
Гидроимпульсные выемочные машины имеют по сравнению с обычно применяемыми в 10 раз меньшую массу и небольшие габаритные размеры при одинаковой производительности, улучшают сортность добываемого угля, обеспечивают почти полное пылеподавление, взрывобезопасность и возможность дистанционного разрушения. Все указанное свидетельствует о целесообразности применения гидроимпульсных выемочных машин для добычи угля, особенно в тех случаях, когда предъявляются особенно жесткие требования к габаритным размерам оборудования и безопасности работ. Это, прежде всего механизация отбойки угля при подготовке ниш и при других нарезных работах, а также очистная выемка крутых и крутонаклонных пластов, для которых отсутствуют эффективные средства механизации.