УДК 622.232.72.031.2

Перспективы комбайновой выемки угля на тонких пластах

Дипл. инж. Хериберт Буссманн, руководитель проектно-конструкторского бюро фирмы «Айкхофф машиненфабрик ГмбХБохум; проф. д-р инж. Карл Нинхаус, учебноисследовательский сектор средств механизации добычи минерального сырья Рейнско-Вестфальского высшего технического училища, Ахен

Статья из журнала Glückauf136 (2000), Nr. 9

Если на коллоквиуме, посвященном высокопроизводительным лавам,говорят о комбайновой выемке тонких пластов, то это может, в конечном счете, означать лишь то, что авторы не вполне понимают знамения времени, соответствующего современному мировому рынку энергии. Тем не менее, во все времена и сегодня опять актуальной оставалась и остается задача рациональной и безопасной разработки тонких пластов. В этой связи понятие «тонкие пласты» может лишь означать такой диапазон мощности пластов, который позволяет при использовании накопленного в разных местах практического опыта и известных технических средств добывать уголь с приемлемой для мирового рынка ценой.

Поэтому в настоящей статье рассматриваются перспективы комбайновой выемки угольных пластов мощностью 1 - 1,4 м при хорошей кровле и пологом залегании или мощностью 1 - 1,7 м при плохой кровле и слегка волнистом залегании. Для пластов большей мощности уже имеется выемочное оборудование, вполне доказавшее свою работоспособность на мировом рынке; для пластов меньшей мощности, а также пластов, залегающих в неблагоприятных геологических условиях комбайновая выемка, по мнению авторов, не играет никакой роли.

Комбайновая выемка тонких пластов отнюдь не является какой-то новой темой. Конструкторами и горными инженерами из угледобывающих регионов с высокой долей тонких пластов в ходе своей истории разработки таких месторождений создавались специальные машины для выемки маломощных пластов. Совместно с этими разработками велись поиски    _ц

О более эффективных методов отбойки угля и навалки его на конвейер и О увеличения размеров проходного сечения для отбитого угля под комбайном (рис. 1).

В качестве примера здесь в первую очередь следует назвать комбайны так называемой серии LN с обычным положением осей шнековых исполнительных органов, у которых корпус машины расположен перед конвейером между шнеками. Из машин этого типа фирма «Айкгофф» до настоящего времени изготовила около 220 штук. Они применяются в основном в странах с поддерживаемыми рыночными ценами (Германии, Великобритании и Бельгии), но также с большим успехом в калийной промышленности. Во всем мире количество действующих комбайнов серии LN в угольной промышленности сократилось до пяти машин.

Английский комбайн для тонких пластов Тгераппег отличается расположенным перед конвейером исполнительным органом бурового

В настоящей статье рассматриваются перспективы комбайновой выемки угольных пластов мощностью 1 —1,4 м при хорошей кровле и пологом залегании или мощностью 1 - 1,7 м при плохой кровле и слегка волнистом залегании. Для пластов меньшей мощности, а также пластов, залегающих в неблагоприятных геологических условиях комбайновая выемка, по мнению авторов, не играет никакой роли.

типа с продольной по отношению к конвейеру осью. При этом для создания параллельных плоскостей кровли и почвы требуются дополнительные кровельные, а иногда и почвенные резцы. Портал машины над конвейером создает связь с находящейся с завальной стороны

ОтЬИ

дорогостоящими.    .....

На рис. 3 показана машина, раэрабо

'    Гип.^'

Рис. 1 (вверху). Комбайн Eickhoff EDW 300 LN

системой подачи и дает возможность подводить ной?_Рис^Н2^У)^{ЭЛеКТРОЭНерГИЮ И управлять} маши-

Рис. 3. Украинский комбайн КА 80

Рис. 4. Площадь поперечного сечения портала у комбайна Eickhoff SL 300

Вариант 1

Комбайн БІ. 300 с минимально возможной конструктивної высотой при диаметре шнеков 1,2 м и глубине захвата 0,9 м может иметь ограниченную мощностью привода режущей части 420 кВт, теоретическую рабочую скорость 32 м/мин. В то же время площадь поперечного сечения портала под комбайном ограничивает скорость движения комбайна вверх по лаве до

13,6 м/мин и до 25,5 м/мин при движении вниз по лаве. При стандартном способе самозаруб-ки комбайна косыми заездами расчетная часовая производительность комбайна составляет 1 021 т (рис. 4).

Вариант 2

Версия 2 отличается тем, что поворотный редуктор новой конструкции устраняет ограничения, вызванные недостаточным свободным пространством под комбайном. Двигатели находятся за шнеками, благодаря этому увеличивается поперечное сечение портала.

Их новое расположение не создает каких-либо ограничений движению поворотных редукторов (рис. 5, 6).

Возможная рабочая скорость движения комбайна вверх по лаве увеличивается до 26,2 м/мин, скорость движения вниз по лаве не изменяется. Производительность комбайна при стандартном способе самозарубки увеличивается до 1 397 т/ч, т.е. на 37 % по сравнению со стандартной версией БЬ 300.

Рис. 5. Поворотный редуктор БЬЫ 300

Вариант 3

Вариант 3, обладая признаками Варианта 2, предусматривает перемещение корпуса машины перед конвейером, как у комбайнов типа и Опорная лыжа служит дополнительной опоп для массы машины, механизм подачи располаг ется с завальной стороны конвейера, портал на шины находится над конвейером. ^г " ^£

Рабочая скорость составляет 29,5 м/мин пр" движении вверх по лаве и 25,5 м/мин при движении вниз. Благодаря этому расчетная производительность повышается до 1 461 т/ч, т.е. на 43 % по сравнению с основной версией.

При использовании способа выемки с уменьшенной шириной захвата при движении комбайна вниз по лаве в зависимости от параметре: вполне реализуема максимальная рабочая скорость комбайна - от 40 до 60 м/мин - и соотношение между шириной захвата при движение вверх и вниз по лаве в пределах 15 - 50 % обеспечивает высокую теоретическую производительность выемки. Можно ли полностью использовал этот потенциал также и при разработки тонки пластов, зависит от рассматриваемых ниже факторов (рис. 7).

Навалочная способность и скорость движения комбайна

Для трех вариантов будем рассматривать л№ геометрию шнековых исполнительных органов и их навалочную способность. На рис. 8 показа но разгрузочное сечение шнека диаметром 1,2 *■' расположенного перед конвейером РБ4, что по ^ зволяет сделать четкие выводы об эффективного ™

навалки этого шнека. Для расчета навалочной способности используется полезная часть кольцевого сечения шнека с учетом эффективности и скорости выгрузки. При частоте вращения шнека 67 мин¹ в этом примере скорость подачи комбайна ограничивается по навалочной способности шнеков до 8,8 м/мин.

Из многочисленных практических примеров известно, что прижимное усилие шнека в направлении движения комбайна способствует отжиму пласта при мягком угле и поэтому это ограничение нередко не бывает столь драматичным, как это явствует из расчетных данных. Тем не менее, это «узкое место» весьма существенно.

Прагматичным подходом к дальнейшему решению этой проблемы является увеличение диаметра шнека во 2-й версии машины до 1,4 м, благодаря чему скорость подачи комбайна, ограничиваемая навалочной способностью шнека, возрастет приблизительно до 14 м/мин. Таким образом, имеется возможность при мощности режущей части комбайна 420 кВт и высоте корпуса около

1,06 м на пластах мощностью от 1,5 м при благоприятных условиях залегания улучшить производительность забойного оборудования с обычными шнековыми комбайнами.

Достигаемая на практике скорость подачи 1415 м/мин на пластах мощностью 1,5 м не представляет собой неразрешимой задачи для машинистов комбайнов, т.е. производительность лавы порядка 1500 т/ч при стандартной схеме работы комбайна без автоматизации управления механизмами лавы при использовании комбайна 51. 300 может быть достигнута в короткие сроки, если будут соблюдены остальные названные выше условия.

Речь идет о не учитывавшемся до сих пор «узком месте» - максимальной скорости передвижения машиниста комбайна. Из данных производственных наблюдений при рабочем и холостом ходе комбайна на пластах мощностью 1 м можно сделать вывод, что в рассматриваемом диапазоне мощности пласта 1 - 4 м невозможно достичь скорости, заметно превышающей 10 м/мин, поскольку машинисту для управления исполнительным органом приходится ползти рядом с комбайном.    „    ^

Поэтому дальнейшей предпосылкой^ повышения производительности комбайновой выемки маломощных пластов является автоматизация работы исполнительного органа комбайна. В последние годы было разработано большое количество обнадеживающих решений проблемы распознавания границы «уголь-порода», однако достаточно надежной и пригодной для универсального применения сенсорной системы все еще не имеется. Предпосылками для автоматического управления обладают все комбайны типа 51., некоторые из них уже сегодня работают в автоматическом режиме.    _и

Поскольку предприятия, которые действуют на мировом рынке, готовы принять на себя риск разработки маломощных пластов только при по меньшей мере такой же производительности, как и на более мощных пластах, и при максимум таких же затратах, на работы по автоматизации оборудования лавы оказывает сильное давление как необходимость в таких разработках, так и риск неоправданных расходов на опытно-конструкторские работы, который не следует недооценивать.

Долгосрочные перспективы

Рис. 7. Комбайн ЕісМіо^ 51. 300 N

Рис. 9 (внизу). Струг со шнековым исполнительным органом

Обсудив «узкие места» комбайновой еыем^ и предложения по их преодолению, мо#^н в заключение рассмотреть также и вопросы^⁰'¹¹ госрочной перспективы. Проанализируем Д® актуальных проекта, в которых при новой ко ► цепции предлагаются принципиальные ^аЛьТ^ ^

нативы теперешней комбайновой выемки тон ■

пластов.    _т

Компания «Дойче штайнколе АГ» в настоящее время над совместным с фир^ ¹ _

ДБТ, ДМТ и «Айкгофф» проектом по созданию так называемого «струга со шнековым исполнительным органом», Существенным инновационным элементом можно считать диагональное расположение шнекового исполнительного органа, что позволяет располагать поворотный редуктор со стороны забоя, так что он теперь не препятствует навалке угля на конвейер (рис. 9).

Эксперименты на моделях показали, что производительность по отбойке и навалочная способность повышаются примерно на 40 - 50 % по сравнению с обычным расположением шнека. Подготавливаемые эксперименты в масштабе 1:1 дадут заключение о потенциальных возможностях этой разработки.

Наряду с этим фирма «Айкгофф» на основе результатов морфологического исследования вариантов работает над другой новой концепцией. Оказалось, что существует лишь небольшое число возможностей, при которых на тонких пластах могут оптимально выполняться функции отбойки угля, навалки угля, управления комбайном по мощности пласта и в горизонтальной плоскости. В любом случае для этого требуется частичное разделение функций.

Исходя из практического опыта с вертикальными шнеками на Украине и применения шнековых исполнительных органов малого диаметра в калийных шахтах, в настоящее время на моделях исследуются возможности потенциальной модернизации.

Резюме

Пласты малой мощности предъявляют особые требования в отношении как эксплуатационных издержек, так и выемочной техники. Перспективные направления, которыми располагает комбайновая выемка, можно кратко охарактеризовать следующим образом:

О высокопроизводительные шнековые комбайны, движущиеся по раме конвейера с оптимизированным поперечным сечением портала для применения на пластах мощностью 1,4 -

1,7 м

и на долгосрочную перспективу:

О высокопроизводительные выемочные агрегаты с альтернативным расположением органов отбойки и навалки угля для применения на пластах мощностью от 1,0 м.

Комбайны типа !Ф1 с классическом компоновкой шнеков по сравнению с обычными шнековьн ми комбайнами обладают несколько увеличенном площадью поперечного сечения портала под комбайном и большим свободным пространством над машиной, однако навалочная способность из-за малого диаметра шнека остается недостаточной, а трудность доступа к отдельным узлам^машины усложняет ее обслуживание. Обычный корпус комбайна над конвейером с расположением поворотных редукторов в призабойной полосе за шнеками представляет собой вполне удачный компромисс в отношении доступности узлов машины.

В долгосрочной перспективе ставится проблема разработки альтернативных выемочных машин с улучшенными характеристиками отбойки и, в первую очередь, навалки угля, а также решения вопроса комплексной автоматизации также и в трудных горнотехнических условиях. □