Механизированные двухстоечные крепи института «Донгипроуглемаш»



Предыдущая | Следующая

 

Механизированные двухстоечные крепи института «Донгипроуглемаш» для пластов мощностью 0,85-4,5 м КОСАРЕВ Иван Васильевич Заместитель директора по научной работе Институт «Донгипроуглемаш» АНДРЕЕВ Георгий Владимирович Заведующий отделом Институт «Донгипроуглемаш» НЕПОМНЯЩИЙ Александр Лазаревич Главный конструктор проекта Институт «Донгипроуглемаш» ВАССЕРМАН Игорь Григорьевич Главный конструктор проекта Институт «Донгипроуглемаш» Канд. техн. наук Институт «Донгипроуглемаш» с 1951 г. проводит работы по созданию крепей горных выработок, а с 1956 г. работы по исследованию, созданию и внедрению механизированных крепей для лав, отрабатывающих пологие и крутые пласты, в том числе щитовых механизированных крепей – с 1980 г.
За этот период по конструкторской документации института было изготовлено более 1 240 лавокомплектов крепей, из них более 600 лавокомплектов – щитовых механизированных крепей. На 01.12.2005 из 210 комплексно-механизированных забоев (КМЗ) на шахтах Украины, оснащенных механизированными крепями, 160 (76 %) КМЗ было оснащено щитовыми механизированными крепями, разработанными институтом «Донгипроуглемаш», в том числе 24 забоя – однорядными двухстоечными (1КДД – 3 шт., 2КДД – 3 шт., ДМ – 16 шт., 2ДТ – 2 шт.). Этими 160 лавами в 2005 г. добыто 85 % всей добычи угля из комплексно-механизированных забоев. С каждым годом увеличивается удельный вес лав, оснащенных щитовыми двухстоечными однорядными крепями, которые на шахтах Украины наряду с четырехстоечными щитовыми крепями КД80, КД90, КД90Т, стали основным средством управления кровлей на пологих пластах мощностью 0,85 – 2,5 м во всем диапазоне горно-геологических и горнотехнических условий.
К достоинствам двухстоечных щитовых крепей отно - наличие двойного прохода между конвейером и гидростойками, обеспечивающего более комфортные условия для персонала;
- расширение рабочего диапазона крепи по мощности обслуживаемых пластов в 1,5-1,7 раза по сравнению с четырехстоечными (за счет увеличения коэффициента раздвижности);
- уменьшение количества гидроэлементов в крепи и улучшение условий ее технического обслуживания;
- увеличение скорости крепления;
- большее сечение для прохода воздушной струи, позволяющее повысить нагрузку на забой в условиях шахт, опасных по газу.
Двухстоечные щитовые крепи ДМ и КДД Двухстоечные щитовые крепи ДМ и КДД, общий вид и технические характеристики которых представлены на рис. 1, 2 и в табл. 1, а достигнутые позитивные результаты их работы рассмотрены в материалах [4], дали начало для создания механизированных крепей для пластов с тяжелыми кровлями.
Действующий стандарт ГОСТ 28597-90 «Крепи механизированные для лав. Основные параметры. Общие технические требования» имеет разделение на два типа кровель – легкие и тяжелые, при этом сопротивление крепи, кН/м2 для тяжелых кровель определяется по формуле: 600 + 150 (m-1), где m – максимальная вынимаемая мощность пласта, м.
Двухстоечные щитовые крепи ДТ В соответствии с этими требованиями были рассчитаны силовые параметры типоразмерного ряда крепей 1ДТ и 2ДТ (табл. 2, рис. 3), полностью отвечающие условиям отработки пластов с тяжелыми кровлями мощностью 1,1-2,5 м на шахтах Украины.
В 2001 г. институт «Донгипроуглемаш» разработал конструкторскую документацию опытных образцов типоразмерного ряда двухстоечных щитовых крепей ДТ. Крепи 1ДТ и 2ДТ обладают удельным сопротивлением 700-880 кН/м2, улучшенными параметрами взаимодействия с кровлей за счет поджимных консолей с активным сопротивлением и возможностью работы в условиях слабых почв за счет механизма подъема носка основания.
По техническим характеристикам двухстоечные щитовые крепи типа ДТ разработки института «Донгипроуглемаш» не уступают зарубежным аналогам (например, крепям фирмы «Глиник» - GLINIK-12/28 -POz), а по некоторым параметрам, учитывая специфику горно-геологических условий Украины, имеют ряд преимуществ [1]:
- снижение давления на почву в зоне носка основания на 15 % за счет компоновочных решений;
- повышенная (на 10 – 15%) несущая способность крепи (диаметр поршневой полости — 260 мм против 250 у аналогов);
- повышенное в 5 – 8 раз усилие на поджимной забойной консоли секции крепи при ее поджатии через рычажный механизм от гидростоек;
- улучшенные параметры взаимодействия с кровлей за счет того, что горизонтальная составляющая рабочего усилия гидростоек, направленная к забою (рис. 4), создает в непосредственной кровле горизонтально-сжимающие напряжения, препятствующие расслоению кровли и вывалообразованию, а также позитивно воздействует на состояние непосредственной кровли, способствуя перемещению перекрытия на забой при посадке секции, определяемому кинематическими параметрами четырехзвенного механизма ограждения.
На шахте «Новодонецкая» ГП «Добропольеуголь» в 4-й северной лаве уклона № 2 пласта К7 в период с декабря 2003 г. по июнь 2004 г. проведены приемочные испытания опытного образца очистного комплекса 2МДТ в составе:
- опытный образец механизированной крепи 2ДТ;
- опытный образец очистного комбайна КДК500;
- скребковый конвейер КСД27.
Горно-технические и горно-геологические условия добычного участка приведены в табл. 3.
Структурная колонка пласта К7 4-й северной лавы уклона № 2 представлена на рис. 5.
Из рис. 5 следует, что непосредственная кровля пласта представлена песчаником крепостью f = 6-7 и мощностью 70 м.
Технологическая схема выемки угля предусматривала возможность работы комбайна как по челноковой, так и по односторонней схеме. Передвижка секции крепи производилась вслед за комбайном с отставанием не более 2 м, а скребкового конвейера – 10 м от корпуса комбайна. Управление секциями крепи в лаве осуществлялось дистанционно с соседней, ниже расположенной загруженной (распертой) секции.
За период испытаний с декабря 2003 г. по май 2004 г.
очистным комплексом 2МДТ добыто 162,4 тыс. т угля при подвигании забоя 234,9 м. Среднесуточная добыча составила 1 379 т, максимальная суточная – 2 500 т. На 01.10.2005 этим очистным комплексом добыто 485,6 тыс.
т угля при подвигании забоя 737 м.
Исследования надежности очистного оборудования показали, что отказов механизированной крепи практически не наблюдалось, в целом по комплексу коэффициент готовности составил 0,8 – 0,99.
Основными сдерживающими факторами, препятствующими увеличению добычи до проектной величины, являлись: горное давление (кровля – песчаник А3, почва – аргиллит П2, обводненность – 28 м3/ч), приводящее к интенсивному пучению почвы в вентиляционном и конвейерном штреках, что, в свою очередь, предопределяло большой объем работ на сопряжениях лавы со штреками, неудовлетворительное функционирование транспортной цепочки по конвейерному штреку (50 – 70 % времени простоев очистного забоя).
При посадке основной кровли не было отмечено просаживания секций и их смещения на забой, что наблюдалось при отработке этого же пласта крепью GLINIK-08/22-ОзК.
Испытаниями подтверждена эффективность выемки угольного пласта комплексом 2МДТ за счет конструктивных решений, принятых при создании крепи 2ДТ.
В сентябре 2004 г. на шахте «Новодонецкая» ГП «Добропольеуголь» смонтирован второй комплекс 2МДТ в 1-й южной лаве пласта К71 с механизированной крепью 2ДТ.
На 01.10.2005 добыто 422,65 тыс. т угля при подвигании забоя 748 м и максимальной суточной добыче 2 800 т.
По результатам приемочных испытаний институт «Донгипроуглемаш» откорректировал конструкторскую документацию на механизированную крепь 2ДТ и передал ОАО «Дружковский машиностроительный завод» для серийного производства крепей 1ДТ и 2ДТ.
В 2004 г. для расширения области применения двухстоечных щитовых крепей типа ДТ с целью их использования в России на шахтопластах Кузбасса была разработана крепь 3ДТ для работы в составе очистных комплексов на пологих пластах с тяжелыми кровлями мощностью 2,3-4,1 м (см. табл. 2).
Механизированная крепь 3ДТ (рис. 6), обладая конструктивными особенностями, присущими крепям 1ДТ и 2ДТ, снабжена следующими дополнительными устройствами - управляемым поворотным забойным щитом, служащим для удержания забойного массива, а при повороте на кровлю – для подхвата последней вслед за проходом очистного комбайна;
- механизмом коррекции секции, установленным на основании секции крепи.
Экспериментальная секция крепи 3ДТ была изготовлена в мае 2005 г. ОАО «Дружковский машзавод», прошла силовые приемо-сдаточные испытания, подтвердившие ее параметры, и демонстрировалась на выставке «Уголь России и Майнинг 2005» в г. Новокузнецке (Россия).
Механизированные крепи ДТР100 Следующим этапом разработки институтом «Донгипроуглемаш» двухстоечных однорядных щитовых крепей стало создание механизированной крепи ДТР100.
Механизированная крепь ДТР100 предназначена для отработки пологих и наклонных пластов мощностью 1,1 – 3,5 м (тремя типоразмерами) с выемкой угля по простиранию пласта до 35о при работе по простиранию и 10о – по восстанию и падению, в шахтах, опасных по газу и пыли, до сверхкатегорийных включительно, в составе комплексов с очистными комбайнами УКД300, КДК500, КДК700 или их аналогами. Эта крепь имеет удельное сопротивление 850 – 1 000 кН/м2.
Основные параметры и размеры крепей ДТР100 приведены в табл. 4.
Экспериментальная секция крепи 1ДТР100 (рис. 7)
была изготовлена ОАО «Дружковский машзавод» в мае 2005 г., прошла силовые приемо-сдаточные испытания и демонстрировалась на выставке «Уголь России и Майнинг 2005» в г. Новокузнецке (Россия).
Механизированные крепи ДТМ Продолжением разработки двухстоечных щитовых крепей для пластов с тяжелыми кровлями являются работы по созданию крепи ДТМ (рис. 8, 9), предназначенной для отработки более мощных пологих и наклонных пластов (2,1 – 4,5 м) с углами наклона до 35о при работе по простиранию и 10о – по восстанию и падению в шахтах, опасных по газу и пыли, до сверхкатегорийных включительно, в составе комплексов с очистными комбайнами КДК-500, КДК-700 или с их аналогами. Эта крепь имеет несущую способность до 1 200 кН/м2.
Основные параметры и размеры крепей ДТМ приведены в табл. 5.
ОАО «Дружковский машзавод» изготовил экспериментальные секции крепей ДТМ и 2ДТМ, которые прошли испытания на прочность и ресурс на стендовой базе завода. Испытания показали полное соответствие изделия отечественным и зарубежным стандартам для соответствующего класса механизированных крепей.
Секция крепи ДТМ демонстрировалась на выставке «Уголь России и Майнинг 2005» в г. Новокузнецке (Россия).
Стандарт России ГОСТ Р 52152-2003 «Крепи механизированные для лав. Основные параметры. Общие технические требования. Методы испытаний» имеет разделение на три типа кровель: легкие, средние и тяжелые.
При этом сопротивление крепи, кН/м2, определяется по формулам:
- для легких кровель: 350 + 80 (mв-1);
- для средних кровель: 1,5 [350 + 80 (mв-1)];
- для тяжелых кровель: 2 [350 + 80 (mв-1)], где mв – максимальная вынимаемая мощность пласта, м.
В соответствии с требованиями этого стандарта для отработки пластов с легкими кровлями на шахтах России могут использоваться крепи типа ДМ и КДД, а для работы в пластах со средними и тяжелыми кровлями, в соответствующих диапазонах мощностей пластов, – крепи ДТ, ДТР и ДТМ.
Кроме того, вышеупомянутый стандарт России определяет регламентацию параметров испытаний секций механизированных крепей и требования к показателям надежности и ресурса.
Выполнение этих требований обеспечивается выполнением работ по созданию современной испытательной стендовой базы и освоению новых технологий, применяемых ведущими зарубежными фирмами при изготовлении механизированных крепей.
Испытательная стендовая база и новые технологии В 2005 г. в ОАО «Дружковский машзавод» изготовлен по документации института «Донгипроуглемаш» стенд СТД (рис. 11).
Стенд предназначен для проведения комплексных испытаний секций механизированных крепей с диапазоном раздвижности от 0,6 до 6,0 м, сопротивлением до 20 000 кН и шагом установки до 2 м.
С целью существенного повышения ресурса узлов силовой гидравлики, определяющей в значительной мере ресурс крепи в целом, институтом «Донгипроуглемаш» и ОАО «Дружковский машзавод» выполнены работы по повышению надежности уплотнений и антикоррозионных покрытий.
В 2005 г. на ОАО «Дружковский машзавод» организован участок (рис. 10) по изготовлению уплотнительных элементов по технологии «Сил-Жет», оснащенный оборудованием и программным обеспечением австрийской фирмы «ЭКОНОМОС».
Разработана конструкция гидростоек с уплотнительными элементами «ЭКОНОМОС» на рабочие диаметры до 360 мм, а также новые конструкции гидродомкратов, у которых в полостях высокого давления устанавливаются специальные комбинированные манжеты с наружной частью, подверженной истиранию, – из н-экопура (специальный полиуретан), и внутренним элементом – из экораббера (на основе резиновой смеси). Кроме того, в указанных гидроцилиндрах вместо традиционных латунных поясков применены направляющие кольца из экотона и экофлона. Все эти материалы поставляются фирмой «ЭКОНОМОС» (Австрия).
В 2005 г. освоено в производстве покрытие рабочих поверхностей элементов силовой гидравлики (штоки и плунжеры гидростоек и гидродомкратов) методом наплавки нержавеющей сталью.
Институт «Донгипроуглемаш» и ОАО «Дружковский машзавод», имея большой опыт создания очистных комплексов на базе двухстоечных и четырехстоечных щитовых крепей, могут выполнить разработку и изготовление данного вида оборудования для конкретных условий эксплуатации по требованию заказчика, с обеспечением всех требований нормативных документов России.