Повышение адаптивности струговых механизированных комплексов



Предыдущая | Следующая

 

Повышение адаптивности струговых механизированных комплексов к изменяющимся условиям ведения очистных работ как важнейший фактор обеспечения их высокопроизводительной работы На шахте «Северная» ОАО «Воркутауголь» с октября 2006 г. для отработки угольного пласта n7 «Пятый» используется струговая технология выемки.
Пласт «Пятый» отрабатывается лавой 312-з с использованием индивидуального образца стругового механизированного комплекса КМС-ДБТ в составе механизированной крепи поддерживающе-оградительного типа Ostroj 065/14 (Чехия), оснащенной системой автоматизированного управления крепью PMC®-R фирмы DBT (Германия), и стругом скользящего типа GH 5.7N/9-38ve фирмы DBT на базе забойного скребкового конвейера GH-PF 3/822.
Угольный пласт «Пятый» имеет простое строение и представлен углем полублестящим, полосчатым, хрупким с объемной массой в целике ? = 1,35 т/м3 и средней сопротивляемостью резанию в неотжатой зоне AP = 220 кН/м.
Мощность пласта изменяется от 0,80 до 1,0 м и в среднем составляет 0,90 м.
Ложная кровля составляет 0,10-0,15 м и представлена очень тонкослоистым аргиллитом с линзами угля. С учетом мощности ложной кровли технологическая мощность пласта колеблется от 0,9 до 1,15 м.
Непосредственная кровля пласта «Пятый» в лаве 312-з представлена аргиллитами слоистыми, слабыми и в основном характеризуется как среднеустойчивая с переходами на локальных участках до неустойчивой.
Пласт «Пятый» имеет пологоволнистое залегание с общим наклоном в сторону конвейерного бремсберга 32-з. В нижней части выемочного столба волнистость залегания пласта выражена сильнее.
Проектный вариант технологии работы комплекса КМС-ДБТ в лаве 312-з предусматривал работу струговой установки только по угольной пачке, при этом вынимаемая мощность пласта, равная высоте струга, должна была составлять 850 мм. Комбинированный режим работы струговой установки (высокая скорость конвейера VK = 1,31 м/с, высокая скорость струга VС. В = 1,92 м/с — при встречном и низкая VС. П = 0,64 м/с — при попутном с направлением транспортирования движении) в сочетании с дозированной подачей струга на забой и строгании только угольной пачки позволил бы при установленной мощности приводов струга N?C = 2?400/135 кВт при встречном движении струга снимать стружку толщиной hВ = 140 мм, а при попутном — hП = 95 мм. Установленная мощность приводов стругового конвейера N ?K = 2?400/200 кВт должна была обеспечивать запуск конвейера и транспортирование максимального (с учетом обрушившихся пород «ложной» и неустойчивой на отдельных участках лавы непосредственной кровли — всего до 10 % от вынимаемой стругом мощности пласта) грузопотока горной массы в лаве длиной 310 м. Ожидаемая нагрузка на лаву по угольной пачке (без учета ограничений по газовому фактору) при коэффициенте машинного времени kМ = 0,30-0,35 должна была составить 2500-3000 т/сут.
По основным признакам (применяемость крепи по минимальной мощности пласта, несущая способность крепи, энерговооруженность приводов струга, пропускная способность и энерговооруженность стругового конвейера) комплекс КМС-ДБТ формально соответствовал условиям эксплуатации в лаве 312-з и должен был обеспечить ее высокопроизводительную работу.
Вместе с тем следует констатировать, что при выборе комплекса оборудования и технологии ведения работ в лаве 312-з не были учтены некоторые факторы, сделавшие, в конечном счете, невозможной эксплуатацию комплекса КМСДБТ по проектному варианту технологии работы. Анализ этих факторов приведен ниже.
Линейные секции крепи Ostroj 065/14 выполнены без выдвижных бортов перекрытия и ограждения. Номинальный зазор между перекрытиями соседних секций крепи составляет 80 мм, однако вследствие взаимного смещения секций на значительной части лавы межсекционный зазор по одной из боковых сторон перекрытия составляет 120-140 мм, а на некоторых участках достигает 200 мм. Это приводит к большому просыпанию породы в пространство под крепью, особенно на участках с неустойчивой непосредственной кровлей.
Завальная часть струговой установки GH 5.7N/9-38ve оснащена дополнительным бортом из листовой резины высотой 160 мм. С одной стороны, это позволяет значительно увеличить загрузочное сечение конвейера и работать со стружками большой толщины. С другой стороны, при мощности пласта 0,85 м даже при сло женных домкратах поперечного управления конвейером и отсутствии «подушки» породной мелочи на перекрытии зазор между перекрытием секции крепи и бортом струговой установки не превышает 80 мм (рис. 1, а).
Это практически исключает возможность зачистки рабочего пространства от штыба и просыпавшейся породы и с течением времени приводит к невозможности свободного перемещения на отдельных участках лавы. Кроме того, отсутствие обзора забоя и призабойной части кровли лишает обслуживающий персонал возможности принятия своевременных и правильных решений по управлению кровлей в опасных зонах и струговой установкой в вертикальной плоскости, что особенно важно при не очень прочной строгаемой почве.
В состав комплекса включена струговая установка тяжелого класса скользящего типа GH 5.7N/9-38ve, имеющая высоту направляющих 549 мм, а высота корпуса струга в районе забойной части перекрытия составляет 610-650 мм. Для обеспечения возможности передвижки секций крепи при работающем струге в пласте мощностью 0,85 м увязка секций со струговой установкой выполнена таким образом, чтобы забойная часть перекрытия секции крепи при опускании не контактировала с корпусом струга. В этом случае максимальное расстояние от забоя до передней кромки перекрытия в исходном положении в зависимости от положения струговой установки, задава емого системой поперечного управления конвейером, составляет 623-666 мм (см.
рис. 1, а, б), что значительно больше регламентируемой ГОСТ Р 52152-2003 величины. Наличие большого обнажения кровли в призабойном пространстве существенно ухудшает условия управления в зонах с неустойчивой кровлей.
Практика работы показала, что после перехода зон с неустойчивой кровлей на забойной части перекрытия секций крепи Ostroj 065/14 возможно скапливание породной мелочи мощностью до 200 мм, поэтому для исключения ударов корпуса струга о перекрытия, шаг передвижки секций был уменьшен на 100 мм (с 750 до 650 мм). Кроме того, перекрытие секции в таких случаях принимает уклон в сторону забоя, а передвижка секций в автоматическом режиме с подпором вызывает эффект «скреперования» и приводит к увеличению количества породной мелочи на перекрытии. Придать перекрытию секции крепи уклон в сторону выработанного пространства в ручном режиме управления секцией при мощности породной мелочи на перекрытии более 150 мм и вынимаемой мощности пласта 0,85-0,9 м не представляется возможным из-за предела складывания гидростоек. Очистка же перекрытий секций вручную весьма трудоемка, небезопасна и может быть осуществлена только с конвейера струговой установки с доступом на него со стороны оконтуривающих лаву выработок ввиду отсутствия зазоров между бортом конвейера и перекрытиями секций крепи.
Пласт «Пятый» в поле лавы 312-з имеет пологоволнистое залегание. С достаточно высокой периодичностью на различных участках лавы возможна встреча перегибов лавы с радиусами кривизны по почве R =20-30 м. Для эффективной работы крепи Ostroj 065/14 в таких условиях минимальная вынимаемая мощность пласта должна быть на 70-80 мм выше проектной и составлять не менее mПЛ. В= 920-930 мм, а с учетом резких перегибов, вызванных возможным выходом струга на «земник» или уходом его в почву, — не менее mПЛ. В = 950 мм.
Наличие на завальной части струговой установки GH 5.7N/9-38ve дополнительного борта из листовой резины при мощности пласта 0,85-0,9 м разделяет воздушный поток для проветривания лавы на две неравные и практически изолированные друг от друга воздушные струи. Выделяющийся из пласта метан выводится из лавы в основном призабойной струей, сечение которой даже без учета перекрытия его транспортируемой горной массой фактически имеет площадь менее 0,5 м2 (см. рис.
1). Это приводит к выходу на конвейерный штрек воздуха с высокой концентрацией метана и частому срабатыванию аппаратуры газовой защиты.
В связи с изложенными выше причинами практически с самого начала эксплуатации комплекса КМС-ДБТ в лаве 312-з выемка угля велась с присечкой пород кровли, при этом фактическая вынимаемая мощность пласта, равная высоте струга, изменялась от 1,05 до 1, 25 м.
В итоге опытным путем был подобран установившийся режим работы комплекса, при котором вынимаемая мощность пласта составляет mПЛ. В = 1,12 м при средней мощности угольной пачки по забою mУ= 0,85 м, что обеспечивает возможность зачистки рабочего пространства от штыба и просыпавшейся породы.
Струговая установка работает либо в комбинированном (высокая скорость конвейера VK = 1,31 м/с, высокая скорость струга VС. В = 1,92 м/с — при встречном и низкая VС. П = 0,64 м/с — при попутном с направлением транспортирования движении), либо в опережающем (высокая скорость конвейера VK = 1,31 м/с, высокая скорость струга VС = 1,92 м/с в обоих направлениях движения) режиме.
Толщина стружки составляет hB = 40 мм при встречном движении струга (вверх) и hП 20-30 мм при попутном движении струга (вниз) независимо от скорости движения струга. Незначительная в сравнении с проектной толщина снимаемой стружки связана с большой, до 270 мм, мощностью присекаемых пород ложной и непосредственной кровли, имеющих крепость по шкале проф. Протодьяконова соответственно f = 3 и f = 4.
Рис. 1. Взаимное расположение струговой установки GH 5.7N/9-38ve и линейной секции крепи Ostroj 065/14 в характерных положениях при вынимаемой мощности пласта 0,85 м Maket-03_09.indd 29 В период с декабря 2006 г. по январь 2008 г. средняя нагрузка на лаву по уголь ной пачке при мощности пласта 0,9 м составила около 1000 т/сут., наилучшие показатели были достигнуты в октябре 2007 г. — средняя нагрузка на лаву по угольной пачке составила 1258 т/сут., при этом стабильная среднесуточная добыча даже в горной массе в редких случаях превышала 2000 т/сут., что значительно ниже проектных показателей.
Для оценки вариантов режимов работы и поиска путей адаптации комплекса КМСДБТ к существующим условиям ведения очистных работ в лаве 312-з ШахтНИУИ разработал комплексную программу расчета силовых, кинематических и режимных параметров струговых установок скользящего типа нового технического уровня, эксплуатирующихся в том числе с присечкой боковых пород.
Расчеты силовых параметров струговой установки GH 5.7N/9-38ve показывают, что в установившихся в лаве 312-з условиях эксплуатации максимальная толщина стружки, устойчиво снимаемая стругом при суммарной установленной мощности приводов N?С=2?400/135 кВт, может составлять: при встречном движении (вверх) на высокой скорости — не более???В? = 45 мм; при попутном движении (вниз) на высокой скорости — не более ??П? выс =39 мм; при попутном движении (вниз) на низкой скорости — не более???П? = 34 мм. Результаты расчетов хорошо согласуются с определенными опытным путем в лаве 312-з толщинами стружек, при которых обеспечивается устойчивая, без частых заклиниваний струга в забое, работа струговой установки.
Тяговый расчет стругового конвейера GH PF 3/822 показывает, что при работе струговой установки в опережающем режиме с толщиной стружки hB = 40 мм при встречном движении (вверх) и hП = 30 мм при попутном движении (вниз) и скорости движения тягового органа конвейера VK = 1,31 м/с необходимая суммарная мощность приводов конвейера может достигать величины N?К.
?870 кВт при установленной мощности N?К. уст=2?400=800 кВт. Высокая потребная мощность даже при незначительной толщине стружки объясняется большим насыпным весом транспортируемой горной массы (?H ? 1250 кг/м3) из-за значительной, до 270 мм, мощности присекаемых пород кровли, дополнительной пригрузкой конвейера высыпающейся из кровли породой (до 10 % от вынимаемой мощности пласта), повышенным сопротивлением перемещению груженой ветви тягового органа конвейера (на 20 %) и груза на конвейере (на 10 %) из-за большой доли пород в транспортируемой горной массе, и бульшими, чем предусмотрено проектом, искривлениями струговой уста новки в плоскости пласта и вертикальной плоскости.
Работа стругового конвейера в продолжительном режиме на низкой скорости VK = 0,65 м/с в этих же условиях требует суммарной установленной мощности приводов конвейера до N?К. ном? 470 кВт при установленной мощности N ?К.
=2?200=400 кВт и поэтому технически нецелесообразна.
Опыт работы струговой установки в опережающем режиме с толщиной стружки hП = 30 мм при попутном движении струга (вниз) без остановок для прокачивания конвейера, как правило, сопровождается перегрузкой конвейера с последующим срабатыванием токовой защиты. Это говорит о недостаточности установленной мощности приводов конвейера для устойчивой работы струговой установки в таком режиме и также полностью подтверждает результаты тягового расчета конвейера.
Существенное повышение производительности комплекса в условиях лавы 312-з возможно только при увеличении толщины снимаемой стружки, что при вынимаемой мощности пласта HПЛ = HС = 1,12 м практически невозможно из-за большой мощности присекаемых пород кровли.
Снижение вынимаемой мощности пласта при сохранении технологических зазоров для возможности зачистки рабочего пространства от штыба и просыпавшейся породы может быть осуществлено путем демонтажа по лаве дополнительных бортов из листовой резины высотой 160 мм либо уменьшения высоты этих бортов до 55 мм (на высоту крепежных кронштейнов). В этом случае высота струговой установки по завальной части уменьшается на 105 мм. На такую же величину, до HПЛ = HС = 1,0-1,02 м, может быть уменьшена и вынимаемая мощность пласта.
Демонтаж либо уменьшение высоты дополнительных бортов из листовой резины ведут к снижению загрузочного сечения конвейера с FK ? 0,32 м2 в проектном варианте до FK ? 0,25 м2 — при демонтаже бортов и до FK ? 0,29 м2 — при укорачивании бортов (рис. 2).
Вместе с тем, при имеющемся соотношении скоростей струга и конвейера и при таком уменьшении загрузочного сечения конвейера нагрузка на лаву будет существенно ниже достижимой в установившемся режиме работы.
Анализ конструктивного устройства комплекса КМС-ДБТ и результатов комплексного расчета его параметров позволяет сделать следующие выводы:
— индивидуальный образец стругового механизированного комплекса КМС-ДБТ имеет низкую адаптивность к изменяющимся условиям ведения очистных работ в лаве 312-з пласта «Пятый»;
— установившийся режим эксплуатации комплекса является наиболее приемлемым в существующих условиях ведения очистных работ в лаве 312-з;
— при фактически достижимых по условию резания толщинах стружки опережающий режим работы струговой установки в лаве 312-з является более производительным в сравнении с комбинированным режимом работы;
— в существующих условиях отработки лавы 312-з по установленной мощности приводов конвейера возможно использование только одного варианта опережающего режима работы струговой установки: с высокой скоростью конвейера VK= 1,31 м/с и толщинами стружки hB = 40мм при встречном движении струга (вверх) и hП = 20 мм при попутном движении струга (вниз);
— при реально достижимом среднем коэффициенте машинного времени струга kM = 0,30-0,32 среднесуточная нагрузка на лаву 312-з по угольной пачке не может превышать Qcут =1280 — 1370 т/сут., при этом резервы мощности приводов конвейера для увеличения нагрузки на лаву отсутствуют.