Процессы выемки и разрушения
План
1. Процессы выемки и разрушения.
2. Процессы погрузки и транспортирования угля.
3. Процессы крепления очистного забоя.
Процессы выемки и разрушения
Разрушение угля в процессе выемки производится различными способами в зависимости от вида энергии и способа ее приложения.
Наибольшее распространение получил механический способ разрушения, осуществляемый исполнительными органами горных машин посредством резцов, шарошек, коронок и др. Из других способов разрушения при выемке угля применяются следующие: при помощи буровзрывных работ; гидравлический, когда разрушение происходит под действием струй воды высокого давления; геотехнологические способы, в первую очередь подземная газификация углей.
Выбор способа выемки зависит прежде всего от свойств и состояния пласта угля и окружающих пород, наличия технических средств, требований к качеству угля, а также затрат на выемку.
Процесс выемки включает в себя разрушение пласта и погрузку отбитого угля. Оба процесса могут выполняться либо одной, либо несколькими машинами, одновременно или последовательно в зависимости от технологии ведения работ и горно-геологических условий. Так, на крутых пластах отсутствует необходимость в погрузке и выемка заключается лишь в разрушении угля. При гидравлическом способе добычи погрузка заменяется гидросмывом угля.
Механический способ выемки осуществляется с помощью комбайнов и стругов, реже выемочных агрегатов, врубовых машин, бурошнековых установок и др.
Разрушение полосы угольного пласта может осуществляться одновременно по всей длине очистного забоя (фронтальная выемка) или же в одной точке, перемещающейся вдоль линии очистного забоя (фланговая выемка). Исполнительные органы выемочных агрегатов по схеме отработки забоя являются фронтальными, остальных горных машин — фланговыми. По ширине полосы, разрушаемой за один проход выемочной машины, различают узкозахватную (до 1 м) и широкозахватную комбайновую выемку (более 1 м). При струговой выемке ширина полосы составляет 0,1—0,2 м.
Очистные комбайны, работающие по фланговой схеме, могут быть разделены на два типа: одностороннего действия с холостым перегоном после выемки полосы угля и челноковые, производящие выемку в обоих направлениях.
Комбайны, как правило, работают с рамы забойного конвейера, располагаемого у забоя (за исключением комбайнов для выемки пластов мощностью менее 0,8 м).
При челноковой схеме работы комбайна последний в концевых участках лавы перемещается в заранее подготовленную нишу или самозарубается на ширину захвата, а затем перемещается вдоль лавы, вынимая новую полосу угля. Во время выемки угля комбайном управляют машинист и два его помощника.
Челноковая схема работы комбайна улучшает использование комбайна во времени, но имеет следующие недостатки: значительная часть угля грузится вручную, особенно при наличии отжима угля от забоя; проникновение обрушенных пород в приза-бойное пространство; зависимость скорости выемки угля комбайном от скорости выполнения работ по оформлению забоя и зачистке лавы.
При односторонней схеме выемка угля осуществляется только в одном направлении, а при движении в обратном направлении наваливается на конвейер весь расположенный на почве уголь. Вслед за комбайном проводится оформление забоя и незначительная зачистка.
Поэтому хотя при прочих равных условиях комбайн при односторонней схеме выемки используется хуже и происходит дополнительное измельчение угля при его навалке при холостом ходе комбайна, за счет снижения трудоемкости ручных работ при зачистке и большей комфортности работы шахтеров в лаве (на незапыленной струе) односторонние схемы часто оказываются конкурентоспособными с челноковыми.
Наибольшее применение на узкозахватных комбайнах получили шнековые исполнительные органы. Значительно реже комбайны оснащаются барабанными исполнительными органами. Дисковые исполнительные органы используются в комбинации с другими типами исполнительных органов для вспомогательных целей.
Широкое использование шнековых органов объясняется тем, что они позволяют одновременно с разрушением тем же шнеком производить погрузку отбитого угля на конвейер. У шнековых исполнительных органов есть и другие преимущества: обеспечение высокой производительности комбайна, большой диапазон плавного регулирования по вынимаемой мощности пласта, самозарубка в пласт угля, возможность работать по односторонней или челноковой схеме без перемонтажа и реверса шнеков.
Комбайны с исполнительными органами шнекового типа хорошо транспортируют уголь лишь в том случае, когда он подпирается к спиралям шнека. Если же уголь не встречает сопротивления в направлении, перпендикулярном к транспортированию, то после прохода комбайна на почве остается такое количество угля, что конвейер нельзя передвинуть к забою без предварительной зачистки почвы. Для создания подпора применяют погрузочные щитки — поворотные или откидные. При челноковой схеме предусматриваются два откидных погрузочных щитка, действующих поочередно в зависимости от направления движения комбайна. Тем не менее часть угольной мелочи, остающейся после прохода комбайна, грузится на конвейер вручную, особенно при челноковой схеме.
Узкозахватные комбайны имеют цепную и бесцепную системы подачи. Цепной системе подачи присущи следующие недостатки:
постоянная опасность травматизма от разрыва тяговой цепи;
необходимость применения поддерживающей лебедки (при углах падения от 9°), устанавливаемой на верхнем штреке, канат от которой крепится к комбайну, что осложняет ведение очистных работ.
Последнее поколение комбайнов имеет бесцепные системы подачи. В основу бесцепной системы подачи положена цевочная передача, при которой звездочка механизма подачи входит в зацепление с круглой трубчатой цевочной направляющей, размещенной вдоль става конвейера. Существуют и другие конструктивные решения.
При бесцепной системе подачи благодаря отсутствию тяговой цепи движение комбайна становится практически равномерным, что повышает надежность и долговечность эксплуатации комбайна и существенно увеличивает безопасность работ
Наиболее полная механизация выемки и погрузки угля, особенно на тонких пластах, достигается при струговой выемке.
Струговая установка (рис. 1) состоит из струга 1 с лемехом 7 для погрузки отбитого угля, конвейера 3 и домкратов передвижения 4. Струг перемещается вдоль забоя по комбинированной цепи с открытой ветвью. Холостая ветвь цепи размещается в направляющей трубе 2. Цепи и скребки конвейера приводятся в движение приводами 5, а тяговая цепь струга — приводом 6. Струг в отличие от комбайна не режет уголь, а скалывает его. Обычно струг отрабатывает лишь нижнюю часть пласта, а верхняя часть его самообрушается. Такой характер разрушения угля приводит к увеличению его сортности.
Угольные струги разделяются по конструкции на струги статического и динамического (активного) действия.
Наиболее распространены струги статического действия, при работе которых уголь сказывается только под действием усилий, передаваемых на струг тяговой цепью.
У стругов динамического действия скалывающий нож приводится в движение встроенным в тело струга приводом. При рабочем ходе струга вдоль лавы ему сообщаются колебательные движения (вибрационный струг) или же передаются ударные нагрузки (ударный струг), что способствует интенсивному разрушению углей, в том числе и весьма крепких и вязких.
Рис. 1. Струговая установка
По скорости движения при работе вдоль забоя струги статического действия разделяются на тихоходные (до 20 м/мин, толщина стружки от 0,075 до 0,15 м) и быстроходные (20— 40 м/мин до 100 м/мин, толщина стружки 0,05—0,1 м).
Струги работают в бесстоечном призабойном пространстве только по челноковой схеме, передвигаясь между забоем и конвейером, став которого является направляющей для струга. Погрузка отбитого и обрушающегося угля осуществляется корпусом струга. По всей длине конвейера через определенные расстояния установлены гидродомкраты, осуществляющие передвижку конвейера и прижатие струга к забою.
Для передвижения головок конвейера оборудуют ниши по концам очистного забоя.
Применение стругов ограничивается, главным образом, величиной сопротивляемости угля резанию. Для эффективной работы стругов требуется наличие отжима угля, спокойная гипсометрия пласта и не ниже средней устойчивость боковых пород.
При разработке тонких и весьма тонких пластов применяются скрепероструги или скрепероструготаранные установки.