Механическое разрушение горных пород

Механическое разрушение как способ ведения горных работ имеет довольно широкое распространение. Его применяют как при добыче угля, так и при проведении горных выработок по углю и породам небольшой крепости.

Эффективность механического разрушения угля зависит прежде всего от его прочности и крепости (см. разд. 2.1). Интегральным показателем усилия резания является сопротивляемость угля резанию.

Сопротивляемость угля резанию — характеристика сопротивления, оказываемая углем разрушению режущим инструментом. Показателем сопротивляемости резанию А (кН/см) является приращение силы резания на один сантиметр толщины стружки.

Между сопротивляемостью угля резанию А и коэффициентом крепости f существует корреляционная зависимость вида А =1,5 f.

Угольные пласты с сопротивляемостью резанию до 1,8 кН/см благоприятны для применения стругов; 1,8–2,4 кН/см — для обычных комбайнов и стругов отрывного действия с высокой энерговооруженностью; 2,4–3,6 — для очистных комбайнов высокой энерговооруженности.

Механическое разрушение при добыче угля осуществляется исполнительным органом очистного комбайна. Очистной угольный комбайн — машина, одновременно выполняющая в забое операции по отделению угля от массива, дроблению его до кусков транспортабельного размера и навалке на забойный конвейер. Угольный комбайн как выемочная машина состоит из электродвигателя, подающей части, исполнительного органа, погрузочного устройства и других узлов (рис. 2.1).

Действие исполнительных органов большинства комбайнов основано на принципе механического разрушения угля. Наиболее эффективными являются такие исполнительные органы, при работе которых в угле возникают растягивающие напряжения без образования объемного напряженного состояния (см. разд. 2.1).

Исполнительные органы очистных комбайнов должны удовлетворять следующим требованиям: высокая производительность; малая удельная энергоемкость процесса разрушения; высокий КПД; простота конструкции; высокая стойкость инструмента; высокая надежность в работе; возможность автоматизации режимов работы; выполнение функций отбойки и погрузки угля; обеспечение высокой сортности добываемого угля; способность самозарубаться в пласт.

Наиболее полно этим требованиям удовлетворяет исполнительный орган в виде шнека с закрепленными на нем зубками. Шнековыми исполнительными органами оснащено большинство современных узкозахватных комбайнов (ГШ-68, КШ3 и др.). Применяются также исполнительные органы барабанного типа.

Струговая установка — выемочная машина, предназначенная для механической отбойки, погрузки и доставки угля в очистных забоях. Исполнительным органом установки является струг. При движении вдоль забоя прижимаемого к нему струга снимается стружка угля толщиной 100—150 мм. Отбитый таким образом уголь корпусом струга грузится на конвейер. В отечественной практике струговые установки широкого распространения не получили.

 
 

Механическое разрушение углей и пород при проходке выработок осуществляется исполнительным органом проходческого комбайна. Распространены исполнительные органы с коническими резцовыми коронками (рис. 2.2) или шаровыми фрезами, установленными на стреле (4ПУ, ПК-9Р, ГПК и др.).

2.4
Гидравлическое разрушение горных пород

Гидравлическое разрушение горных пород основано на использовании кинетической энергии струи воды, выбрасываемой из гидромонитора. Считается, что эффективная отбойка происходит при напоре, развиваемом гидромонитором:

Н > 5f,


где Н — напор, развиваемый гидромонитором, МПа; f — коэффициент крепости угля по шкале М.М.Протодьяконова.

Гидравлическое разрушение применяют на открытых работах при разработке наносных отложений (вскрышные работы) и, в отдельных случаях, при подземной добыче угля. В зависимости от крепости угля применяют гидравлическое, взрывогидравлическое и гидромеханическое разрушение. Технологию подземной гидродобычи угля разработал B.C. Мучник.

Гидромонитор — устройство, служащее для создания (формирования) плотной летящей с большой скоростью водяной струи и управления ею при размыве и отбойке полезного ископаемого или породы (рис. 2.3).

На шахтах, где осуществляется гидродобыча, для выемки угля и проведения горных выработок применяются гидромониторы ГМДЦ-3М, ГМДЦ-4, 12ГД-2, 16ГД и другие, развивающие давление воды 12–16 МПа.