Пути повышения эффективной работы очистных забоев разной длины

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ОЧИСТНЫХ ЗАБОЕВ РАЗНОЙ ДЛИНЫ.

Большой ущерб угольной промышленности Украины наносят аварии: их количество с простоями свыше 1 ч в 1993, 1994 и 1995 гг. было соответственно 233; 261,7 и 230,8 тыс. Потери добычи угля по этим причинам составили 25,4, 29,3 и 23,2 млн. т в год. На долю подземных работ приходится примерно две трети всех аварий. В 1995 г. они распределялись так: завалы и обрушение пород кровли в лавах — 13,7 тыс., отказы забойного оборудования — 53,3 тыс., отказы оборудования на внутришахтном транспорте — 43 тыс., остановки работ инспекцией — 5,6 тыс., другие причины — 396,7 тыс. случаев.

Некоторое снижение числа аварий и потерь добычи угля в 1995 г. по сравнению с предыдущими годами не означает, что в отрасли улучшаются состояние выработок или планово-предупредительные ремонты оборудования. Видимое снижение количества аварий и потерь добычи угля объясняется сворачиванием фронта очистных и подготовительных работ против предыдущих лет. Так, если в 1993 г. среднедействующее количество лав в отрасли было 1186, в 1994 г. — 1085, то в 1995 г. их стало 910, т. е. потери добычи, приходящиеся на одну лаву, увеличиваются соответственно на 21, 27 и 26 тыс. т в год. Только из-за аварий средняя суточная нагрузка на лаву в 1995 г. была ниже возможной на 72 т.

В целях выявления причин возникновения аварий в очистных забоях и определения путей их сокращения проведены исследования по лавам, работающим на пологих и наклонных пластах. В 1995 г. в таких очистных забоях допущено 13,26 тыс. случаев завалов и обрушений пород кровли. Простои из-за этого превысили 303,5 сут, а потери добычи угля — 2 млн. т. На пластах с углом наклона до 35° находилось в работе 748 лав. Отсюда число завалов и обрушений кровли, приходящееся на один очистной забой, было 13,3, длительность простоев — 73,1 ч, потери добычи угля — 2 тыс. т в год.

Число аварий на механизмах в 1993 г. составило около 45 тыс., в 1994 г. — более 61 тыс., в 1995 г. — примерно 53 тыс. случаев. Потери времени соответственно были около 195, 258 и 238 тыс. ч. По этой причине в 1995 г. недодано по Минуглепрому 5,2 млн. т угля. Что же касается некоторого снижения количества аварий на выемочных механизмах, приходящихся на одну лаву (в 1994 г. — 17,3, в 1995 г. — 13,3 случаев), это объясняется уменьшением количества действующих лав и интенсивности очистных работ Если в 1994 г. вынимаемая площадь была в среднем 4600, то в 1995 г. — 4184 м2/мес.

Таким образом, в очистных забоях шахт Украины, разрабатывающих пологие и наклонные пласты, из-за завалов, обрушений пород кровли, отказов оборудования в 1995 г. произошло почти 66 тыс. аварий, потери добычи угля составили 7,2 млн. т. Исследованиями установлено, что аварийность в очистном забое имеет определенную зависимость от его параметров. Потери времени по указанным причинам в лавах разной длины представлены на рис. 1. Математическая зависимость потерь времени из-за аварий I от длины очистного забоя / описывается уравнением

X = 59/1-05 _ 0,399/2 + 0,00067/2 + 4280.

Наибольшие темпы увеличения аварийности отмечены в лавах длиной до 165 м. К ним относятся в основном очистные забои, оборудованные широкозахватными комбайнами («Кировец», КЦТГ). Среднедействующее количество таких лав в 1995 г. было 68,9, средняя их длина 149,2 м.

Сюда же следует прибавить 26,7 забоев, в которых выемка ведется с применением отбойных молотков, средняя длина 136 м.

Рис.1. Потери времени t из-за обрушений пород кровли и аварий на механизмах в лавах разной длины l.

Кроме того, в эту группу нужно отнести лавы с врубовыми машинами, взрывной отбойкой угля и другими видами выемки, т. е. еще свыше 20, средняя их длина изменяется от 50 до 80 м.

Рассматриваемые лавы оборудованы выемочными механизмами и конвейерами, созданными в 50—60-е годы, в них применяется индивидуальное крепление. По данным Минуглепрома, лав с устаревшей технологией выемки насчитывается 110, или 15% от всех забоев на пологих и наклонных пластах. Интенсивность выемки в этих лавах низкая: при широкозахватных комбайнах — 2281, при врубовых машинах — 314 и при отбойных молотках — 1669 м2/мес. Наибольшее количество таких лав имеется в объединениях Стахановуголь (46), Донбассантрацит (25), Донецкуголь (24) и Макеевуголь (18%), так как нет надежного высокопроизводительного выемочного оборудования для отработки весьма тонких и со сложной геологией угольных пластов. В связи с низкой интенсивностью выемки допускаются самые высокие затраты средств на 1 т добываемого угля. К этому следует добавить, что возможности существенного повышения эффективности работы, т. е. наращивания нагрузки, снижения трудоемкости, практически отсутствуют.

Когда в угольной промышленности проводится реструктуризация, следует особо рассмотреть экономическую целесообразность эксплуатации забоев с уставшей технологией выемки угля. В отрасли со структурными установками и индивидуальным креплением лавы малой длины. Так, в объединении Донецкуголь средняя длина лав (их 15) — 170 м, в Макеевуголь (16) — 166 м, в Луганскуголь (8) — 170 м, в Донбассантрацит (3) — 161 м, Торезантрацит (2) — Л м. Лишь в объединении Павлоградуголь средняя длина лав, оснащенных струговыми установками, со-' виляет 227 м. Достичь существенного прироста интенсивности выемки в струговых лавах путем увеличения средней длины забоя сложно из-за низкой надежности применяемого оборудования.

На шахтах Минуглепрома около 110 лав оснащено узкозахватными комбайнами с индивидуальным креплением. Средняя длина, как и струговых лав, не превышает 175 м, подвигание 15 м/мес, интенсивность выемки — 2659 м2/мес (ниже, чем в струговых забоях). Большинство таких лав в объединениях Стахановуголь (50%), Первомайскуголь (47), Шахтерскуголь (41), Торезантрацит (34%).

Количество очистных забоев, оборудованных механизированными комплексами, достигает 440, или 63%, 4|Ми добывается свыше 80% угля по Минуглепрому. Средняя интенсивность выемки в комплексно механизированных лавах составляет 5190 м2/мес при средой длине забоя 179 м. Наибольшая средняя длина *'МЗ в объединениях Красноармейскуголь (215 м), Донецкуголь (201), Макеевуголь (191), Донбассантрацит (188), Ровенькиантрацит (187 м). На отдельных шахтах длина лавы значительно больше среднего подателя по объединениям и Минуглепрому. Так, на шахте №1/3 "Новогродовская" она составляет 242 м, им. Засядько — 220, им. Стаханова — 213, № 71 Индустрия" — 194 м.

Исследования показали, что аварийность в лавах длиной до 220 м с механизированными комплексами из-за завалов, обрушений кровли и отказов оборудования тоже увеличивается по мере удлинения забоя, однако темпы возрастания потерь времени здесь меньше, чем в лавах с индивидуальным креплением. При увеличении длины на 1 м потери повышаются на 1,1 ч в год, тогда как с индивидуальным креплением — на 2,1 ч. Такая разница объясняется высоким коэффициентом перекрытия кровли и применением более надежного оборудования.

На пологих и наклонных пластах длинные очистные забои работают эффективнее коротких, в них выше нагрузки, ниже трудоемкость работ и себестоимость угля [1, 2]. Достигается это за счет относительного сокращения времени на выполнение концевых операций в лаве (подготовка ниш, передвижка приводов конвейера, крепление сопряжений) и увеличения полезного времени работы по добыче угля. Установлено, что с удлинением очистного забоя относительные затраты времени на концевых операциях меньше, чем некоторое увеличение простоев из-за аварийности.

При удлинении комплексно механизированных забоев на 1 м прирост машинного времени работы составляет 7,1 ч в год. Исследования производились в диапазоне длин лав от 170 до 215 м. Следует отметить, что если в высокоразвитых угледобывающих странах удлинение лав происходило одновременно с внедрением надежной высокопроизводительной техники (щитовые крепи, мощные конвейеры), то в Украине работы в этом направлении базируются в основном на максимальном использовании конструктивных возможностей серийно выпускаемого оборудования и то в определенных горно-геологических условиях: устойчивые породы кровли, большой угол транспортировки, достаточная мощность пласта.

В последние годы стали применяться более надежные крепи типа КД-90 (три типоразмера для пластов мощностью 0,8—1,25; 1,1 — 1,5; 1,35—2 м) с коэффициентом затяжки кровли 0,9 и подпором при передвижке секции 1,5 кН/м2. Крепи работают в сочетании с конвейерами СПЦ-163, СПЦ-273, которые по своим характеристикам значительно превосходят конвейеры типа СП. Однако из-за отсутствия средств переход очистных забоев на новую технику происходит медленно. Возникла парадоксальная ситуация: с одной стороны, шахтам необходимо снижать издержки производства, чтобы обеспечить конкурентоспособность добываемого угля, с другой, государство лишает отрасль такой возможности, не выделяя средств для технического перевооружения.

Увеличение длины лавы приобретает важное значение при отработке пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа, поскольку в них интенсивность выемки по площади выше, хотя подвигание, если не снижается, то и особенно не увеличивается. Это создает условия для разгрузки и дегазации призабойной части угольного массива, а следовательно, позволяет снизить вероятность выбросов.

Рис. 2. Зависимость числа выбросов n в лаве за год от длины забоя l на особо опасных пластах.

Кроме того, удлинение лавы уменьшает удельные затраты времени по отношению к полному технологическому циклу на подготовительно-заключительные операции и мероприятия по безопасному ведению работ (выемка ниш в режиме сотрясательного взрывания и др.) на концевых участках, уменьшает интенсивность выполнения работ по предупреждению внезапных выбросов.

В целях выявления выбросоопасности (число выбросов, приходящееся на одну лаву за год) от длины очистного забоя проведены исследования по шахтам, разрабатывающим особо выбросоопасные пласты в Донецком угольном регионе, а именно: по шахтам им. Скочинского (пласт h¹₇), "Глубокая" (h₁₀), "Заперевальная" № 1 (h₇), "Заперевальная" № 2 (h₈), им. 60-летия Советской Украины (h₄, h₈, h₁₀), им. Калинина (h₇, h₈, h₁₀). Массив исходных данных охватывал 98 лаволет (с 1980 по 1995 г.), в обработку на ЭВМ включались лавы с различными системами разработки, видами выемочной техники, горно-геологическими условиями. Параметры очистных забоев и количество выбросов принимались на основании маркшейдерской документации.

Для установления характера изменения числа выбросов и интенсивности выемки от длины очистного забоя массив исходных данных делился на три группы: 104—180; 181 — 205 и 206—300 м. Количество наблюдений (лаволет) по группам составило соответственно 31; 32 и 35. Анализом полученных средних значений по группам выявлено, что наименьшее среднее количество выбросов за год (2,7) имело место в группе с самой большой средней длиной лавы (244,9 м). Наибольшее среднее число выбросов (8,1) произошло в лавах первой группы, где длина забоя самая малая (средняя 155 м). Значения второй группы занимают промежуточное положение, здесь среднее число выбросов 3,8, а длина лавы 189,8 м. Математическая зависимость числа выбросов n, происходящих в лаве за год, от длины / очистного забоя на особо опасных пластах имеет вид

n = 1000/(3,786/ - 0,345).

Коэффициент корреляции R=0,87. Зависимость описывается гиперболической кривой (рис. 2).

Обработка всего массива данных на ЭВМ показала, что на длину очистного забоя при отработке пластов, особо опасных по выбросам угля и газа, заметное влияние оказывают мощность пласта, прочность пород кровли, угол транспортировки в лаве: чем значения этих факторов больше, тем длиннее может быть лава. Многофакторная математическая зависимость аппроксимирована линейным уравнением

/ = 180 + 2,3m + 5,84о + 0,45а - 6,37и + 0,96я при R=0,95, где т — мощность пласта, м;

а — прочность пород кровли, МПа;

а — угол транспортировки в лаве;

v — скорость подвигания лавы, м/мес.

К изложенному следует добавить, что на особо выбросоопасных пластах увеличение длины лавы приводит наряду со снижением числа выбросов угля и газа к повышению интенсивности выемки. Среднемесячная площадь выемки в зависимости от длин лав по рассматриваемым группам составила соответственно 3295; 4968 и 6707 м2.

Выводы. Потери по причине аварий уже составляют четвертую часть от добытого угля, т. е. около 20 млн. т в год. Из лав, оборудованных механизированными комплексами, выдается свыше 80% угля, интенсивность выемки 5190 м2/ мес. Средняя длина лавы с комплексом составляет 179 м и незначительно превышает длину лав, работающих с индивидуальным креплением. С удлинением лавы повышается эффективность ее работы: растет нагрузка, снижаются трудоемкость и себестоимость. Потери из-за некоторого увеличения простоев, связанных с авариями, покрываются относительной экономией времени на концевых операциях. С переходом на механизированные комплексы нового технического уровня (крепи КД-90, М-146, М-138; конвейеры СПЦ-271, СПЦ-273) представится возможность существенно увеличить длину лав, а следовательно, и эффективность работы. С удлинением очистного забоя число динамических проявлений сокращается.

Плюм Д. Механизация очистных работ в каменноугольной промышленности Германии в 1993 г.// Глюкауф.— 1995.-- № 3/4.

Петренко С. Я., Горовой Е. И. Удлинение лав — путь к повышению эффективности очистной выемки// Уголь Украины.— 1996 — № 1.