ГОРНЫЕ МАШИНЫ
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ И СРЕДСТВ КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ ОЧИСТНЫХ РАБОТ ДЛЯ ОТРАБОТКИ ПОЛОГИХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
Н.Л. Разумняк, Д-р. техн. наук, (Администрация Кемеровской области) Б.К. Мышляев Д-р. техн. наук (ОАО "Гипроуглемаш")
Статья опубликована в журнале "Российский Уголь"

При подземном способе добычи угля развитие технического прогресса происходило на основе создания и внедрения новых машин и технологий, в связи с чем возможно выделить следующие основные этапы его формирования.

В период 1919-1950 гг. (первый этап) была завершена механизация процессов зарубки угля с помощью врубовых машин при буровзрывной его отбойке, ручной навалке и доставке качающимися конвейерами; ручная и конная откатка была заменена электровозной. Уже в 1940 г. зарубка угля была механизирована на 95%, доставка - на 91,6%, откатка угля и породы по горизонтальным выработкам - на 73,3%, в том числе электровозами - на 64,5%. В основном добыча угля (96,2%) осуществлялась подземным способом.

В период 1951-1960 гг. (второй этап) было завершено внедрение широкозахватной комбайновой выемки угля в очистных забоях; при доставке угля осуществлен переход на скребковые конвейеры, передвигаемые с предварительной их разборкой; начато широкое внедрение металлического крепления и использование конвейерного транспорта. В 1960 г. уровень комбайновой выемки угля составил 46,5%; а конвейерного транспорта - 7,9%; индивидуальная металлическая крепь применялась в 65,8% лав на пологих пластах. Удельный вес подземного способа в общей добыче угля составлял 80%.

В период 1961-1975 гг. (третий этап) происходило внедрение узкозахватной комбайновой выемки угля в сочетании преимущественно с механизированными крепями первого поколения и передвижными скребковыми конвейерами (удельный вес данной технологии достигал 60%), конвейерных линий при транспортировании угля по горизонтальным выработкам (18,6%) и комбайнов для проведения выемочных выработок (30,2%). Удельный вес подземного способа в общей добыче угля за 1975 г. был выше, чем открытого, и составлял 67,8%.

В период 1976-1992 гг. (четвертый этап) завершено совершенствование механизированных комплексов второго поколения и начаты внедрение в единичных забоях механизированных комплексов третьего поколения (КМ 138 - в 1986 г.; КМ142 - в 1988 г.; КМ144 - в 1990 г.) и работы по дистанционному и автоматизированному управлению очистным оборудованием.

В 1992 г. удельный вес подземного способа в общей добыче был уже меньше, чем открытого, и составлял 44,6%. В настоящее время широко используются передвижные механизированные крепи, узкозахватные комбайны, струги, забойные и магистральные конвейеры, электровозы, проходческие комбайны и многие другие виды оборудования.

С реструктуризацией угольной отрасли, начавшейся в 1993 г., связан пятый этап развития технического прогресса. Он характеризуется закрытием нерентабельных шахт и внедрением на перспективных шахтах высокопроизводительных механизированных комплексов третьего поколения, изготовляемых по индивидуальным заказам шахт для конкретных выемочных полей.

Прогноз развития технологии и средств комплексной механизации в отечественной и зарубежной практике позволяет рекомендовать следующие направления в развитии технологий выемки пологих угольных пластов предусматривающие: упорядочение горного хозяйства шахт с ликвидацией временных схем отработки пластов, обеспечивающее увеличение длины выемочных полей до 2500-7500 м, повышение сечений выработок для свободного размещения оборудования и эффективного проветривания забоев, безаварийную работу транспорта; отказ от разработки угольных пластов со сложными условиями залегания; концентрацию очистных работ, обеспечивающую переход на технологические схемы "лава-шахта" или "лава-пласт" с тем, чтобы число действующих очистных забоев не превышало 1-3; применение высокопроизводительного и надежного оборудования, ориентированного на длину очистных забоев до 250-300 м, суточные нагрузки до 5-8 тыс. тонн и рациональные технологические схемы, обеспечивающие достижение высоких показателей и снижение трудозатрат на концевых операциях и монтажно-демонтажных работах; своевременное воспроизводство очистного фронта на основе совершенствования технологии горно-подготовительных работ с широким внедрением анкерного крепления; обеспечение детального прогноза осложняющих горногеологических факторов с применением специальных мер по значительному снижению их негативного влияния на интенсивность отработки пластов; применение надежного высокопроизводительного транспорта, включая вспомогательный транспорт, связанный с доставкой людей, материалов и оборудования; решение проблемы пылеподавления и эффективного проветривания шахт и выемочных участков с широким внедрением прямоточных схем и дегазации с обеспечением максимальной безопасности ведения горных работ.

Для отработки пластов мощностью от 1 м до 3,5-4 м коренных изменений в конструктивных особенностях очистного оборудования не просматривается, однако следует ожидать значительного повышения надежности и ресурса работы средств комплексной механизации, в том числе по высокопроизводительным забойным конвейерам и перегружателям за счет перехода на регулируемый привод.

Для отработки пластов мощностью от 3,5 до 5-6 м предусматривается замена скребковых конвейеров ленточными, с шириной ленты 1200-1400 мм, а шнековые комбайны на роторные с центральной погрузкой угля на конвейер.

Базовым принципом, требующим новых подходов к созданию и освоению производства высокоэффективного горно-шахтного оборудования, является то, что произошел переход от массового изготовления техники к индивидуальному, ориентированному под конкретные горнотехнические условия ее эксплуатации. Угольная промышленность и машиностроительный комплекс страны располагает необходимыми возможностями как для модернизации пользующегося спросом у потребителей оборудования, так и для создания и освоения производства современной горной техники. Рекомендуемые научно-технические решения:
По очистным комплексам - производство и поставка комплексов оборудования потребителям только по индивидуальным заказам под конкретные горно-геологические и горнотехнические условия эксплуатации. Анализ показывает, что при увеличении стоимости этих комплексов на 20-25% по сравнению с серийно выпускаемыми позволяют повысить нагрузку на очистной забой в 1,5-2 раза.
По механизированным крепям - переход на применение поддерживающе-оградительных крепей состоящие из однотипных двухстоечных секций с жесткими перекрытиями, центрально расположенными домкратами передвижения и с электрогидравлической системой управления на базе секций с шагом установки 1,5, 1,75 и 2 м, выполненных по конструктивной схеме в исходном положении секций с одним проходом перед рядом стоек шириной не менее 1,5 м для пластов мощностью до 2,5-3 м и одним проходом перед стойками и вторым за ними - для пластов мощностью от 1,8 м и более. Крепи имеют повышенную частоту типоразмерного ряда, обеспечивают скорость крепления в зависимости от уровня системы управления до 15 м/мин в любых условиях по устойчивости кровли и по тяжести проявления горного давления, при высокой надежности работы. Основным критерием оценки повышения надежности работы горношахтного оборудования является сокращение затрат по запчастям и трудоемкости технического обслуживания и текущего ремонта этого оборудования и сроком службы не менее 10 лет без капитального ремонта или не менее 25 тыс. циклов по выемке угля. Взамен применяющихся крепей типа М138, М144, М142, КМ 700/800, КБП, МК85 и других предлагаются крепи М147, М144Б и М174, обеспечивающие высокопроизводительную отработку пластов мощностью от 0.8 м до 5.5 м. с углами наклона до 30° и более (в специальном исполнении) в условиях любых кровель по устойчивости и тяжести проявления горного давления и почв с пределом прочности не ниже 2,0 МПа на одноосное сжатие. Каждый тип крепи имеет по три базовых типоразмера. Однако заказчику могут быть поставлены крепи с любыми конструктивными размерами по высоте с учетом конкретных условий эксплуатации, как в сторону уменьшения раздвижности секции, включая переход на одно раздвижную стойку, так и в сторону увеличения.
По очистным комбайнам - создание семейства современных выемочных комбайнов, включая комбайны с односторонним расположением исполнительных органов на базе электродвигателей мощностью 160, 250, 315, 400 и 500 кВт со скоростями подачи до 15 м/мин, повышенной надежностью работы, обеспечиваемой системой диагностики и ресурсом не менее 10 тыс.т/кВт установленной мощности двигателей резания угля. В качестве очистных комбайнов предлагается использование модернизированных комбайнов типа К85 для тонких пластов, К500 для пластов средней мощности и новых комбайнов типа КЗОО и К800П. Транспортное оборудование выемочного участка - включающие забойные конвейеры для лав длиной до 250-300 м, перегружатели, дробилки и перегрузочные средства типа "Матильда", с производительностью в зависимости от рабочей ширины ставов конвейеров и скорости скребковой цепи до 1200 т/ч, 1800 т/ч и 2500 т/ч, с боковой разгрузкой и ставом конвейера из секций 1,5; 1,75 и 2,0 м, с приводами на базе электродвигателей мощностью 160, 200, 250, 315, 400 и 500 кВт;
В качестве забойных конвейеров предлагается использование модернизированных конвейеров типа СПЦ271 и новых типа СПЦ391, СПЦ3100 и СПЦ3125 с литыми боковинами става и боковой разгрузкой.
Для перегружателей типа ПС271Л, ПС391, ПС3100 и ПС3125 используются скребковые цепи и приводы соответствующих забойных конвейеров с литыми боковинами и собственным ставом.
По насосным станциям механизированных крепей - применение стационарно установленных станций; использование рабочего давления жидкости 32 - 40 МПа; повышение производительности насосной установки до 360 л/мин, при 32 МПа и до 275 л/мин, при 40 МПа; применение электродвигателей мощностью до 200 кВт.
По участковым ленточным конвейерам - увеличение производительности до 3000 т/ч ; применение участковых конвейеров длиной до 2 - 3 км; применение ленты шириной до 1200 - 1600 мм; повышение скорости движения ленты до 3 - 4 м/сек.
По участковому электрооборудованию - переход на повышенное напряжение - 3300 В и более. Создание электрооборудования на напряжение 1140и 3300 В, включая ряд унифицированных для очистных комбайнов и скребковых конвейеров электродвигателей высокой надежности работы мощностью 160, 200, 250, 315, 400 и 500 кВТ.

Создание технологии средств монтажа-демонтажа очистного оборудования со снижением трудоемкости до 0,5 ч-смен/т. и менее. Проведение этих разработок позволяет перейти на промышленное производство механизированных комплексов для выемки пологих пластов мощностью до 5-6 м одним слоем производительностью в зависимости от энерговооруженности выемочных машин (1000-1200 т/ч, 1500-1800 т/ч и 2000-2500 т/ч) по индивидуальным заказам шахт, под конкретные горно-геологические и горнотехнические условия эксплуатации. Использование в комплексах главным образом отечественных машин позволит создать конкурентоспособное оборудование при затратах на его приобретение в 3-4 раза меньших, чем на приобретение подобного оборудования, предлагаемого зарубежными фирмами "Джой", ДБТ, "Эйкгофф" и др. Уровень технической производительности отечественных машин и оборудования на ближайшее десятилетие полностью удовлетворят запросы шахт отрасли.

Назад