Механизированная выемка угля в длинных очистных забоях

Основным средством механизированной выемки угля на пологих и наклонных пластах являются очистные комбайны. 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, механизма подачи, исполнительного органа, погрузочного устройства и систем управления и пылеподавления.

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.

Исполнительные органы комбайнов должны удовлетворять ряду требований, основными из которых являются; высокая производительность: малая удельная энергоемкость процесса разрушения; высокий КПД; простота конструкции; высокая стойкость инструмента; высокая надежность работы; возможность автоматизации режимов работы; выполнение функций отбойки и погрузки угля; способность самозарубатъся в пласт.

Наибольшее распространение получили барабанные и шнековые исполнительные органы, которыми оснащаются узкозахватные комбайны.

Барабанный исполнительный орган, литой или сварной конструкции, осуществляет разрушение угля путем скола с открытой поверхности забоя стружки толщиной 20–30 мм. Основными достоинствами барабанных исполнительных органов являются: простота конструкции; высокий КПД; возможность применения на углях любой крепости и вязкости. Недостатки: значительное измельчение угля и большое пылеобразование, невозможность самозарубки в пласт.

Большинство современных узкозахватных комбайнов оснащены шнековыми исполнительными органами. Основное их достоинство заключается в том, что шнеками осуществляется погрузка угля на конвейер. Принцип разрушения угля шнеками таков же, как и барабанами, но с некоторым снижением присущих им недостатков.

Обычно узкозахватные комбайны оснащены двумя шнеками. Они располагаются либо с одной, либо с обеих сторон корпуса комбайна (рис. 4.27). Положение шнеков легко регулируется по высоте гидродомкратами, что позволяет осуществлять выемку угля при различной мощности пласта. Конструкция комбайнов допускает возможность фронтальной зарубки шнеков в пласт и механизированную выемку угля на концевых участках лавы без ниш. При этом приводная и концевая головки забойного конвейера должны быть вынесены в прилегающие к очистному забою выработки.

В отличие от широкозахватных узкозахватные комбайны перемещаются по раме забойного конвейера, располагаемого у забоя. Перемещение комбайна вдоль забоя осуществляется с помощью приводной звезды и калиброванной цепи, растянутой вдоль забоя и закрепленной по концам на головках забойного конвейера. Наличие цепной передачи обеспечивает перемещение комбайна по всей длине лавы без остановки. Наиболее совершенными являются комбайны с бесцепной передачей, при которой комбайн перемещается с помощью зубчатого колеса по цевочной рейке, закрепленной на раме конвейера.

В настоящее время промышленностью выпускаются различные типы узкозахватных комбайнов, предназначенные для работы в разнообразных горно-геологических условиях. Некоторые из них могут быть применимы как с механизированными, так и индивидуальными крепями при углах падения до 35°.

Рис. 4.27. Узкозахватный комбайн со шнековым исполнительным органом:

1 — шнеки; 2 — конвейер; 3 — пульт управления; 4 — механизм подачи; 5 — электродвигатель; 6 — погрузочный щиток

Характеристики ряда комбайнов приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1 Краткая техническая характеристика очистных комбайнов

Tип комбайна	Мощность пласта, м	Ширина захвата, м	Максимальная скорость подачи, м/мин	Мощность электропривода, кВт	Механизм подачи
2ГШ68	1,4–2,5	0,63; 0,8	6,0		Реечный
КШ3М	1,6–3,6	0,5; 0,63	4,4		Цепной
2КШЗ	2,0–4,1	0,5; 0,63	4,4		Цепной
К500	1,5–3,5	0,63	10,0		Реечный
К700	3,0–6,0	0,63	10,0		Реечный

Наряду с указанными комбайнами для механизации выемки угля на тонких крутых пластах, где применялись отбойные молотки, были созданы специальные комбайны. Узкозахватные комбайны для крутых пластов успешно работали при породах кровли не ниже средней устойчивости, так как по условиям эксплуатации крепь возводят или передвигают после выемки ленты шириной 0,9–1,0 м на всю длину лавы. Наибольшая эффективность работы комбайнов достигается в комплексе с механизированными крепями, исключающими трудоемкие работы по креплению и управлению кровлей.

Важной эксплуатационной характеристикой комбайна является его производительность.

Под производительностью комбайна понимают количество угля, добываемого в единицу времени. Различают теоретическую, техническую и эксплуатационную производительности очистного комбайна.

Теоретическая производительность Q_т (т/мин), т.е. количество угля, добываемого комбайном за единицу времени при непрерывной его работе по выемке,

Q_т = mrV_пγ,

где m — средняя вынимаемая мощность пласта в лаве, м; r — ширина захвата исполнительного органа, м; V_п — допустимая скорость подачи комбайна, м/мин; γ — плотность угля, т/м³.

Допустимую скорость подачи комбайна можно определить из выражения

V_п = N_y/60 H_wm r γ,

где N_y — устойчивая мощность электродвигателя комбайна, кВт; H_w — удельные энергозатраты на выемку угля, кВт·ч/т.

Техническая производительность Q_тех (т/ч), т.е. производительность с учетом затрат времени на вспомогательные операции и устранение отказов в работе комбайна за период полного цикла выемки угля, составляет

Q_тех = Q_тК_т,

где К_т — коэффициент технически возможной непрерывной работы комбайна в конкретных условиях.

Эксплуатационная производительность комбайна Q_э (т/смену), определяемая с учетом всех непроизводительных затрат времени в забое, равна

Q_э = 60 Q_тТ_смК_м,

где Т_см — продолжительность смены, ч; К_м — коэффициент машинного времени, учитывающий непрерывность работы комбайна при его эксплуатации в конкретных условиях.

Производительность выемочной машины определяет нагрузку на очистной забой и уровень технико-экономических показателей.

Кроме комбайнов выемка угля в длинных очистных забоях может осуществляться струговыми установками.

Струговая установка — выемочная машина, предназначенная для механической отбойки, погрузки и доставки угля в очистных забоях. Струговая выемка является одним из наиболее прогрессивных способов добычи угля. Она имеет ряд существенных преимуществ перед комбайновой, заключающихся в следующем: улучшается сортность добываемого угля и уменьшается пылевыделение; более простое оборудование; низкая энергоемкость процесса разрушения и погрузки угля на конвейер; простой способ погрузки угля; возможность применения на весьма тонких пластах; наибольшая пригодность для полной автоматизации технологического процесса выемки угля в длинных очистных забоях.

Наибольшее применение получили быстроходные струговые установки статического действия. Исполнительным органом струговой установки является струг. При движении вдоль забоя прижимаемого к нему струга снимается стружка угля толщиной 50–150 мм. Отбитый таким образом уголь корпусом струга грузится на конвейер. Кроме статических созданы динамические струги для разрушения крепких и вязких углей. Применяются также скрепероструги.

Струговая выемка требует «жестких» условий применения: спокойное, выдержанное залегание пласта; кровля не ниже средней устойчивости; крепкая почва, не разрушающаяся при работе струга; уголь не выше средней крепости; отсутствие в пласте угля крепких включений колчедана и породных прослойков; отсутствие крепких пачек угля у кровли и почвы пласта; преимущественно пласты тонкие и средней мощности (до 2,0 м).

Струговые установки могут применяться как с индивидуальной, так и с механизированными крепями. На базе последних созданы струговые механизированные очистные комплексы и струговые агрегаты, позволяющие осуществлять комплексную автоматизацию добычи угля в забое.

Струговая установка статического действия (рис. 4.28) состоит из передвижного скребкового конвейера 2, струга 4 с зубьями и лемехом. Струг перемещается по направляющей 3 и прижимается к забою вместе с конвейером домкратами 1. Тяговым органом струга является калиброванная цепь 5 и привод 6. Забойный конвейер приводится в движение приводом 7. Электрооборудование струговой установки располагается на концах забоя. Промышленностью выпускаются струговые установки СО904, СН96.

Рис. 4.28. Общий вид струговой установки

Эксплуатационную производительность струговой установки можно определить по формуле

Q_э = 360 К_м h m V_c γ,

где Q_э — эксплуатационная производительность струговой установки, т/смену; К_м— коэффициент машинного времени (0,25–0,35); h — средняя толщина снимаемой стругом стружки, м; m — вынимаемая мощность пласта, м; V_c — скорость движения струга при резании, м/мин; γ — плотность угля, т/м³.