Литература Проходка скважин станками шарошечного бурения

3. Очистные комплексы и агрегаты для добычи полезного ископаемого

Очистным механизированным комплексом называют группу взаимоувязанных машин, предназначенных для выемки, погрузки, транспорта полезного ископаемого в пределах очистного забоя, а также крепления и управления кровлей. Комплекс состоит из выемочной машины (комбайн, струговая установка), механизированной крепи и вспомогательного оборудования. Взаимосвязь машин предполагает технологическую и конструктивную связь оборудования, т.е. взаимосвязь в определенной последовательности выполнения операций и в конструктивном взаимодействии машин друг с другом (комбайн перемещается по ставу конвейера, конвейер по принципу передвижения к забою конструктивно увязан с крепью). Как правило, роль базовой конструкции в комплексе, определяющей направление и интервалы движения всех машин, выполняет став конвейера. Механизированная крепь принимает на себя до 90-95 % металлоемкости конструкции и, примерно, в той же пропорции измеряется её стоимость и трудоемкость технического обслуживания. Чем длинее лава, тем больше доля участия механизированной крепи в этом балансе распределения.

В настоящий период выемочные комплексы являются основным средством механизации очистных работ на угольных шахтах как у нас в стране, так и за рубежом. С их помощью обеспечена выемка до 90 % общего объема угля в подземных условиях.
Выемочные агрегаты, так же как и комплексы представляют собой группу взаимоувязанных машин аналогичного назначения, но обеспечивающих поточную схему выемки угля при дистанционном и автоматическом управлении всем оборудованием. Автоматическое и дистанционное управление требует жесткой агрегатной связи всех машин, обеспечивающей их строго заданное направление и расстояние передвижения. Поточная схема предполагает непрерывный процесс выемки угля в любой период времени при совмещении с ним выполнения всех остальных необходимых операций выемочного цикла.
Разнообразие условий эксплуатации машин диктует различие конструктивных решений очистных комплексов и агрегатов. Для лучшего усвоения материала введем классификацию комплексов.
По типу конструкций механизированных крепей и условиям их взаимодействия с боковыми породами различают комплексы с крепями поддерживающего; оградительно-поддерживающего; поддерживающе-оградительного и оградительного типов.
По принципу взаимосвязи между составляющими элементами и схеме передвижения - комплексы комплектной и агрегатной конструкции.
Комплексы могут работать с механизированной и индивидуальной металлической крепью. Индивидуальная крепь предполагает раздельное конструктивное выполнение призабойной, посадочных крепей и консольных верхняков, которые вручную переносятся и устанавливаются вслед за подвиганием забоя. Механизированная крепь не имеет четкого распределения на призабойную и посадочную крепь, выполнена как единая конструкция, имеющая возможность перемещения вслед за подвиганием забоя механическим способом без потери кинематической связи между составляющими элементами.
Комплексы с крепями поддерживающего типа являются одной из наиболее представительных групп конструкции (КМ 87, KM 87ДН, KM 88, KMK97, 1KMT, 1 KM 103, КД80, "Спутник" и др.). Они широко применяются на тонких пластах пологого и наклонного падения. Конструктивной особенностью крепей этой группы (рис.1а) является то, что на всей длине перекрытия 1 кровля пласта должна поддерживаться в естественном состоянии распором гидростоек крепи 2. Обрушение кровли допускается лишь за пределами конструктивных размеров крепи. Это обеспечивается значительными распорными усилиями гидростоек и соответствующей несущей способностью основания 3 и верхняка 1 крепи. В последних конструкциях комплексов с крепями поддерживающего типа несущая способность (распорные усилия гидростоек) достигают 3000…4000 кН и более. Это повышает металлоемкость и стоимость крепи, но одновременно обеспечивает возможность их работы в условиях кровли любых классов, включая труднообрушаемые. Постоянное поддержание кровли в режиме предельных параметров несущей способности крепи обеспечивается за счет податливости гидравлической системы внутри редукционных клапанов. Сдвижение боковых пород приводит к нарастанию усилий в распорных гидростойках, которое выравнивается за счет срабатывания предохранительных клапанов, перетекания жидкости из рабочих полостей гидростоек и постоянного уменьшения их конструктивных размеров. Крепь может работать (взаимодействовать с кровлей) лишь в пределах своей конструктивной податливости, выход за пределы податливости и посадка гидростоек на жесткое основание приводит к деформации крепи. Такие крепи имеют легкие ограждения со стороны выработанного пространства, препятствующие попаданию обрушаемых пород, располагаемых под углом естественного откоса в выработанном пространстве. Конструктивной особенностью крепей поддерживающего типа является удлиненный верхняк, обеспечивающий возможность поддержания необходимых размеров призабойного пространства в условиях отработки тонких и весьма тонких пластов пологого падения.



Рисунок 1. Основные типы конструкций механизированных крепей: а - поддерживающая; б - оградительно-поддерживающая; в - поддерживающе-оградительная; г - оградительная

Комплексы с крепями оградительно-поддерживающего типа (рис.1 б) предназначены для работы на пластах средней мощности и мощных, поэтому верхняк у них выполнен в виде укороченного козырька 5, а призабойное пространство, в основном, перекрывается ограждением 4, взаимодействующим с обрушенной породой. Распорные усилия и реакция крепи задаются и воспринимаются со стороны боковых пород гидростойкой 2. Базой конструкции является основание крепи 3. В этом случае поддерживание кровли производится на более узкой полосе забоя, большая же часть периметра крепи работает в режиме ограждения призабойного пространства от ранее обрушенных пород. Это уменьшает нагрузку на крепь в силу податливости и разрыхленности обрушенных пород. В соизмеримых размерах такие крепи по сравнению с крепями поддерживающего типа могут быть рассчитаны на меньшие нагрузки со стороны толщи пород.

Отсюда меньшие допустимые распорные усилия, металлоемкость конструкций и стоимость крепи.
Комплексы с крепями оградительно-поддерживающего типа получили большое распространение на пластах средней мощности и мощных (типа ОКП, ОКП70, КМП, УКП5 и др.). В последние годы на основе значительного опыта эксплуатации этих крепей в России подобные конструкции начали широко применять в Германии, Польше и ряде других стран. За рубежом эта группа крепей получила название щитовые крепи. Есть опыт их создания и эксплуатации в условиях отработки тонких пластов. Широкому их распространению на тонких пластах препятствует ограничение призабойного пространства в силу конструктивных особенностей крепей.
Крепи поддерживающе-оградительного типа (рис.1 в) имеют удлиненный верхняк 1 и меньшее по периметру ограждение 4, шарнирно связанные с основанием 3 секции. Большая длина поддерживающей части по отношению к оградительной обеспечена двумя рядами гидростоек 2 крепи. Конструктивные особенности крепи обеспечивают большие размеры призабойного пространства, за счет чего такие конструкции успешно работают как на пластах средней мощности, так и в условиях тонких пластов (комплексы типа МК75, МКМ, КМ 130 и др.).
Комплексы с крепями оградительного типа (рис.1е) по размеру меньше, чем мощность отрабатываемого пласта, не имеют контакта с кровлей пласта и выполнены жесткими - без элементов податливости (лишены гидростоек). В их функции входит лишь ограждение призабойного пространства от обрушенных пород. При этом обрушение кровли должно производиться заранее на грудь забоя либо специальными способами. Ограниченные размеры призабойного пространства делают возможным применение таких конструкций лишь на мощных пластах (комплексы КТУ, щитовые крепи)



Рисунок 2. Комплектная (а) и, агрегатная (б) конструкции, механизированных крепей.

На рис.2 приведены примеры комплектной и агрегатной связи секций механизированных крепей. При комплектном варианте связь секций 1 осуществляется внутри комплекта 5. Эта связь выполнена гидродомкратами 2 передвижения секций. При этом передвижение секций производится с опорой на соседнюю. Внутри комплекта может быть две, три и более секций. Для передвижения конвейера 4 имеются дополнительные домкраты 3, устанавливаемые с большим интервалом. Управление передвижкой производится оператором под защитой соседней секции. Это усложняет обслуживание крепей, которые не могут работать в режиме автоматического управления. Но комплектные крепи более универсальны в условиях отработки пластов с местными нарушениями боковых пород. Пережимы, сбросы почвы, кровли пласта не нарушают возможности применения комплексов с крепями комплектного типа. В таких местах возможна временная замена одного, двух комплектов индивидуальной крепью без нарушения взаимосвязи в работе всего комплекса. К комплектным крепям относятся конструкции КМК97М, КМС97М, 1 КМ88С и др.

Агрегатная (рис.2б) предполагает связь каждой секции 1 механизированной крепи с конвейером 4 гидродомкратом 2, при этом конвейер выполняет роль базовой балки, связывающей все элементы конструкции в единую.
Передвижение каждой секции производится с опорой на конвейер, в свою очередь конвейер передвигается к забою усилием тех же домкратов, которые опираются на неподвижные секции. При такой связи между элементами возможна автоматизация работы комплекса с управлением движением секциями с пульта, вынесенного за пределы очистного пространства. С другой стороны агрегатная связь исключает возможность работы конструкции в условиях местных нарушений почвы и кровли пласта.