Проблемы комплексной механизации очистных работ на угольных шахтах

цевого груза каната 4 передается на датчик и в зависимости от нагрузки преобразуется в цифровой сигнал.

Регистраторы могут быть интегрированы в систему управления и комплексной защиты шахтной подъемной установки для обеспечения защиты шахтной подъемной установки от динамических нагрузок, взвешивания полезного груза в подъемном сосуде и автоматического учета транспортируемой массы.

Внедрение таких приборов на производстве делает возможным:

1) Создание новых измерительных, защитных и сигнальных приборов на базе современных информационных технологий, способных в реальном времени вести учет параметров работы ШПУ и заблаговременно предупреждать аварии.

2) Создание методик оценки износа канатов и других элементов ШПУ более точных, чем существующие на сегодняшний день.

Библиографический список

1. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом (ПБ 03-553-03).

2. По материалам 5-й Международной конференции, организованной Международной Ассоциацией Исследователей Стальных канатов (МАИСК). «Проблемы шахтного подъема и горной техники с гибкими тягово-несущими элементами», г. Одесса (Украина) 2006 г.

3. Корняков М.В. Защита шахтных подъемных установок от динамических нагрузок при движении подъемного сосуда в стволе: монография. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. 164 с.

4. Корняков М.В. Самонастраивающееся устройство защиты от напуска каната шахтных подъемных установок. Иркутск, 2007.

5. Методика определения остаточной ресурсности элементов и узлов шахтных подъемных машин (ШПМ) / Ю.Попов [и др.] // Технадзор. 2010. №7.

5. Траубе Е.С., Найденко И.С. Тормозные устройства и безопасность шахтных подъемных машин. М.: Недра, 1980. 256 с.

6. Система управления и комплексной защиты шахтной подъемной установки / А. Кащич А. [и др.] // Современные технологии автоматизации. Рубрика «Добывающая промышленность». 2005. №2.

7. Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов (ПБ 10-382-00).

УДК 622.232.23.26

ПРОБЛЕМЫ КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ ОЧИСТНЫХ РАБОТ НА УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ

© Д.Е. Махно1, В.П. Федорко2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Анализируются технические решения, имеющие место при комплексной механизации очистных работ. Рассматриваются проблемы отработки тонких и мощных пластов, комплексной механизации выемки пластов крутого падения, механизации концевых операций, выбора и обоснования рациональной длины лавы. Рассматривается возможность развития средств комплексной механизации на основе фронтальной технологии выемки угля. Поднятые вопросы, перерастающие в проблемные, требуют обсуждения. Актуальность проблемы подтверждается списком библиографической информации ведущих специалистов отрасли. Библиогр. 17 назв.

Ключевые слова: комплексная механизация очистных работ; анализ и пути решения технических проблем; фронтальная и фланговая схемы выемки.

PROBLEMS OF COMPLEX SECONDARY WORKING MECHANIZATION IN COAL MINES D.E. Makhno, V.P. Fedorko

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.

The article analyzes technical solutions taken under comprehensive mechanization of secondary working. It treats the problems of mining low-coal seams and high seams, the problems of integrated mechanization of steep seams excavation; mechanization of terminal operations, selection and justification of rational long face length. The possibility to develop the tools of integrated mechanization based on the technology of multi-point attack coal extraction is considered. It is noted that the issues under considerations, which grow into problems, require discussion. The problem topicality is con-

1Махно Дмитрий Евсеевич, доктор технических наук, профессор кафедры горных машин и электромеханических систем, тел.: (3952) 405085, e-mail: 1 .gor@istu.edu

Makhno Dmitry, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Mining Machinery and Electromechanical Systems, tel.: (3952) 405085, e-mail: 1 .gor@istu.edu

Федорко Владимир Павлович, доктор технических наук, профессор кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, тел.: (3952) 405104, e-mail go-gor@istu.edu

Fedorko Vladimir, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Exploitation of Mineral Deposits, tel.: (3952) 405104, e-mail: go-gor@istu.edu

firmed by the list of bibliographic information of the leading experts in this field. 17 sources.

Key words: integrated mechanization of second working; analysis and methods to solve technical problems; multi-point attack extraction scheme and flank mining scheme.

Процесс совершенствования горных работ пересекается с проблемами необходимости решения отдельных технологических операций. Это естественный процесс развития, который в ряде случаев приводит к ломке традиционных технологических направлений разработки полезных ископаемых, что наглядно подтверждается процессом перехода от широкозахватной к узкозахватной технологии выемки угля. Переход на новую технологию ведения горных работ занял продолжительный период времени и был связан с необходимостью ломки и создания принципиально нового механического оборудования. В настоящее время технология узкозахватной выемки заняла свое должное место в практике ведения горных работ в виде комплексной механизации очистных работ на основе применения мощных очистных комбайнов (струговых установок) и механизированных крепей, работающих в длинных лавах. В отечественной и зарубежной практике идет процесс постоянного совершенствования решений в направлении дальнейшего увеличения технических параметров машин, повышения производительности и эффективности использования оборудования. Эти решения выдвигают ряд новых задач, которые перерастают в проблемные, связанные с необходимостью дальнейшего совершенствования сложившейся технологии ведения горных работ. Первоочередными вопросами в этом направлении развития техники являются: обоснование оптимальной длины лавы; механизация концевых операций; предельные скорости передвижения секций механизированной крепи; механизация и организация монтажно-демонтажных работ механизированных крепей; снижение критической массы конструкции скребкового конвейера и ряда других.

Решение этих задач выдвигает общую проблему целесообразности дальнейшего развития горных работ в длинных лавах в связи с наметившейся в последние годы альтернативой коротких забоев, работающих по схеме фронтальной выемки [1, 2].

Одной из основных технических задач является обоснование рациональной длины лавы, которая не всегда разрешима экономическими методами. При средней длине лавы по России ~ 140 м наиболее высокие показатели использования очистных комплексов достигаются при длине лавы 250 м и более. С ростом длины лавы снижаются затраты на выполнение концевых операций, удельные расходы на проведение и поддержание подготовительных выработок, но существенно возрастает доля амортизационных отчислений. Рост этих затрат непосредственно связан с увеличением металлоемкости механизированной крепи. Возникают технические противоречия, когда все активные технологические операции (выемка, погрузка угля, крепление и управление кровлей) сосредотачиваются в одной точке забоя, а возрастающая длина лавы служит лишь для поддержания прохода вдоль

забоя и транспорта угля. Да и транспорт угля скребковым конвейером в длинных лавах также связан с техническими неоправданными затратами энергии на вращение постоянно нарастающей массы скребковой цепи [3,4,6]. При возрастании длины лавы возникают противоречия с возможностью использования механизированных комплексов на пластах с местными геологическими нарушениями. Первые опыты работы механизированных комплексов с разворотом крепи на 180° по окончании выемки блока вместо проведения трудоемких монтажно-демонтажных работ также технологически более выполнимы в коротких забоях.

Требования механизации концевых операций привели к увеличению сечения подготовительных выработок до 20-26 м2 с необходимостью поддержания повышенных обнажений анкерной крепью. Для механизации этих процессов создается специальное проходческое оборудование [4,7,8,15].

Существенные трудности возникают с ограничением скорости передвижения секций механизированной крепи вслед за комбайном. Фланговая схема движения очистного комбайна в длинных лавах сдерживается фронтальным направлением передвижения крепи. Так, при скорости движения комбайна V = 6 м/мин на перемещение линейной секции стандартной крепи шириной 1,0 м (снятие распора, передвижка, распор между почвой и кровлей пласта, контрольные операции) приходится лишь 10 сек, что может быть выполнено лишь при автоматическом управлении крепью и безотказном режиме работы оборудования. Современные отечественные очистные комбайны (К-500, К600Ю) рассчитаны на скорость подачи 10 м/мин и более, это вступает в противоречие с возможностями ритмичной работы механизированной крепи в длинных забоях. При наметившемся переходе на повышенное напряжение (3000 В и более) [14] и дальнейшем увеличении мощности приводов комбайнов и скорости подачи машин эта диспропорция будет возрастать. Ведущие зарубежные фирмы уже работают на более высоких напряжениях очистного оборудования [7-9].

Увеличение скорости передвижения крепи за счет ширины секций ограничено гипсометрией почвы пласта и, как правило, не превышает 1,5 м. Перемещение секций в шахматном порядке с целью увеличения скорости процесса не всегда обеспечено устойчивостью боковых пород.

Перечисленные аргументы также склоняются в пользу фронтальной выемки, когда направления движения выемочной машины и крепи совпадают. Опыт работы агрегатов А-3 с секциями крепи, расчлененными на три группы, доказывает возможность перехода на поточную технологию выемки, когда выемочная машина задает параметры работы всего комплекса. При этом создаются более легкие условия для автоматизации всех операций и перехода на агрегатный

вариант выемки с практически неограниченными техническими возможностями работы оборудования [9, 11].

При фронтальной схеме выемки и разрушении непосредственно с поверхности забоя конвейеростру-гами создаются более легкие условия разрушения массива в отжатой зоне пласта. Это существенно снижает энергоемкость процесса, что также следует рассматривать как преимущества фронтальной выемки угля узким забоем [1,2].

Обособленно смотрятся проблемы комплексной механизации выемки весьма тонких и мощных пластов, а также отработки пластов крутого и наклонного падения.

Наиболее успешно комплексная механизация очистных работ в длинных лавах применяется в условиях тонких пластов и пластов средней мощности. Это обеспечено соответственно комплексами типа КМ-88, КМТ, ОКП, КМ138, КМ144, КМ130, КМ145 и др. Механизированные крепи комплексов, как правило, под-держивающе-оградительного типа с увеличенным размером призабойного пространства, что обеспечивает возможность их работы на пластах повышенной газоносности [10,11].

Механизированная выемка весьма тонких пластов ограничена комплексами типа КМ-101Т, КМ-103, КД80, КМС97. В этих крепях поддержание необходимого сечения призабойного пространства обеспечивается специальными техническими решениями, в том числе освобождением почвы и расположением агрегатиро-ванного гидравлического оборудования по кровле пласта. Применительно к отработке весьма тонких пластов имеется способ бурошнековой выемки, а также угольные пилы, комплексы типа КМД, работающие по технологии камерно-столбовой системы разработки с поддержанием кровли на целиках, не требующие присутствия людей в очистном забое [10]. Технология камерно-столбовой системы разработки комплексами глубокой разработки пластов КГРП (США) спаренными шнеками успешно применяется на шахте «Распад-ская», обеспечивая нагрузку на забой до 4,0 и более тыс. тонн в сутки. В США по этой технологии обрабатывается до 30% общего объема горных работ [17]. Бурошнековая выемка установками типа БУГ применяется в условиях безлюдной отработки тонких пластов Донбасса. В целом все эти решения находятся в стадии промышленных испытаний и нуждаются в дальнейшей технической доработке [10].

Комплексная механизация выемки мощных пластов в основном производится по технологии слоевой выемки с искусственным разделением зоны уголь -порода металлическими полосами в виде сетки [11,16]. Выемка угля может производиться комплексами типа КМ-130, КМ-145, у которых отсутствие основания позволяет укладывать сетку непосредственно на почву пласта; специальными комплексами типа КМС, механизирующими процесс переплетения и укладки сетки с последующей отработкой пласта комплексами типа КТУ [10]. При этом возможен выпуск потолочины впереди крепи на общий конвейер либо на специальный конвейер, находящийся позади сек-

ций механизированной крепи типа 0КПВ-70, КМ81В, 2РБ (Китай) при площадно-управляемом выпуске угля [5,12]. Технология позволяет отрабатывать пласты неограниченной мощности, возможна последовательная выемка угля двумя, тремя слоями комплексами типа КМ-130 с предварительной укладкой искусственного ограждения. Всем этим решениям, наряду со сложностью самого технологического процесса, свойственна опасность самовозгорания угля в выработанном пространстве при частичном оставлении его на почве пласта [12,16].

Выемка пластов одновременно на всю мощность до 5.0 ... 6.0 м обеспечена комплексами типа КМ142, КМ144, КМ174, КМТ70. Такие технические решения связаны с повышенной металлоемкостью конструкций крепи и комбайнов и, как следствие, со сложностью технической эксплуатации, обслуживания и выполнения монтажно-демонтажных работ. Следует полагать, что существуют критические размеры оборудования, выше которых проектирование и создание машин технически и экономически нецелесообразно. Это подтверждается и результатами опыта эксплуатации машин чрезмерно крупных параметров. Эффективная обработка мощных пластов требует дальнейших изысканий более рациональных технических решений.

Комплексная механизация отработки пластов крутого падения является наиболее сложной задачей, не имеющей аналогов в зарубежной практике ведения горных работ. Наиболее реальными решениями в этом направлении являются комплексы типа КГД и щитовые агрегаты АЩ и АЩН [10]. В комплексах КГД, работающих в длинных лавах по простиранию пласта, силы гравитации компенсируются маятниковыми опорами и специальными предохранительными фартуками. Механизированные крепи предназначены для отработки тонких пластов крутого падения.

Щитовые агрегаты отрабатывают пласты фронтальной схемой, полосами по падению, с выемкой угля конвейеростругом. Такая технология выемки совпадает с направлением действия сил гравитации и более рациональна в условиях отработки выбросо-опасных пластов. Сложность технологии - в необходимости частого перемонтажа оборудования.

По мере совершенствования техники, роста ее параметров и металлоемкости существенно возрастают трудозатраты, связанные с монтажом - демонтажем механизированных крепей и сопутствующего оборудования. Наиболее прогрессивным решением в снижении трудоемкости этих работ является применение самоходных погрузочно-доставочных машин с крановым оборудованием и дизельным приводом. Сочетание этих машин с технологией предварительного проведения демонтажных камер при анкерном креплении кровли существенно снижает трудоемкость выполнения этих работ [5].

Существенным фактором, сдерживающим развитие и применение средств комплексной механизации очистных работ, являются жесткие требования норм пылегазового режима. В ряде случаев это влечет за собой отказ от челноковой выемки угля, применение схем сонаправленного проветривания, использование

механизированных крепей с увеличением сечения призабойного пространства, а следовательно, повышенной металлоемкостью и стоимостью, специальных мероприятий по дегазации пластов и средств борьбы с пылью. Все это сказывается на снижении технических параметров современных машин и оборудования. Это далеко не все трудности и проблемы, которые появляются при решении процессов комплексной механизации очистных работ [13].

Настало время критического пересмотра поднятых проблем в целях дальнейшего совершенствования

технологии и средств комплексной механизации очистных работ [1,2].

Процесс дальнейшего совершенствования горных работ в условиях подземной разработки месторождений полезных ископаемых требует решения ряда сложных технических задач, обсуждение которых и легло в основу данной статьи. Ряд из них перерастает в проблемы, разрешение которых требует коренного изменения технологии ведения горных работ, разработки и создания принципиально нового оборудования комплексной механизации очистных работ, за которым будущее.

Библиографический список

1. Кантович Л.И., Пастоев И.Л. О перспективе агрегатной выемки угля // Горное оборудование и электромеханика. 2006. №5. С.5-7.

2. Габов В.В., Логинов А.К., Смирнов М.И. Оценка эффективности способов отделения угля от массива и направления комплексной механизации очистных работ // Горные машины и автоматика. 2004. №8. С.6-9.

3. Крашкин И.С. Истоки создания комплексно-механизированной технологии очистных работ // Уголь. 1995. №3. С.7-10.

4. Концентрация развития очистного, проходческого, конвейерного и бурового оборудования на период до 2020 г./ Ю.Н. Линник [и др.] // Горное оборудование и электромеханика. 2006. №2. С.2-12; №3. С.2-6.

5. Альтернативные технологии формирования демонтажных камер в условиях ОАО «СУЭК-КУЗБАСС» / В.Б. Артемьев [и др.] // Уголь. 2010. №6. С.20-23.

6. Титов С.В., Мышляев Б.К. Эксплуатационные характеристики забойных скребковых конвейеров механизированных комплексов // Горные машины и автоматика. 2003. №7. С. 25.

7. Титов С.В., Мышляев Б.К. Исследование эксплуатационных свойств современных очистных комбайнов механизированных комплексов // Горные машины и автоматика. 2003. №12. С.11-17.

8. Хорин В.Н. Перспективы развития техники и технологии средств выемки угля в длинных очистных забоях // Уголь. 1988. №1. С.43-46.

9. Махно Д.Е. Состояние и перспективы развития средств комплексной механизации очистных работ на угольных шахтах // Горное оборудование и электромеханика. 2011. №11. С.40-41.

10. Махно Д.Е., Страбыкин Н.Н., Кисурин В.Н. Горные машины и оборудование (для подземных горных работ): учеб. пособие. 2-е изд. перераб. и доп. Иркутск: Изд-во ИрГТУ. 2004. 240 с.

11. Мохначук И.И. Создание высокопроизводительной очистной технологии повышенной безопасности для пологих пластов мощностью 1-7 м // Уголь. 2011. №4. С.30-34.

12. Кожухов Л.Ф. Отработка мощных угольных пластов механизированными комплексами с выпуском угля // Горное оборудование и электромеханика. 2011. №12. С.21-25.

13. Мышляев Б.К. Производство современной очистной техники - основа развития подземной добычи угля в РФ // Уголь. 2007. №1. С.11-15.

14. Гарусов А.И., Мурашов Б.А. Современное электрооборудование напряжением 6000 В и проблемы его эксплуатации // Уголь. 2008. №5. С.41-44.

15. Беликов В.В., Чавкин А.И. Проблемы и пути повышения эффективности проведения подготовительных выработок на угольных шахтах России // Уголь. 2009. №3. С.31-36.

16. Перспективные технические решения отработки мощных пологих угольных пластов с выпуском / В.И. Клишин [и др.] // Уголь. 2009. №12. С.6-10.

17. Нецветаев А.Г., Ренин Л.Н. Технология добычи угля с применением комплекса глубокой разработки пластов // Уголь. 2004. №11. С.12-16.

УДК 622.33.013(571.53) «312/313»

УГОЛЬНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ БАЙКАЛЬСКОГО РЕГИОНА: СУЩЕСТВУЮЩЕЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

_ л о

© А.Д. Соколов1, Л.Н. Такайшвили2

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

1,2Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт систем энергетики им. ЛА Mелентьева» Сибирского отделения Российской академии наук, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130.

Показано современное состояние угольной промышленности Байкальского региона и дана характеристика запасов угля. Рассмотрены возможности наращивания добычи и экспорта угля, возможная потребность в угле и прогноз добычи угля до 2030 г.

1Соколов Aлександр Даниилович, доктор технических наук, зав. лабораторией, профессор кафедры управления промышленными предприятиями ИрГТУ, тел.: (3952) 500646, доб. 341, (3952) 405097, e-mail: sokolov@isem.sei.irk.ru,c12@istu.edu Sokolov Alexander, Doctor of technical sciences, Head of the Laboratory, Professor of the Department of Management of Industrial Enterprises, ISTU, tel.: (3952) 500646, ext. 341, (3952) 405097, e-mail: sokolov@isem.sei.irk.ru, c12@istu.edu

2Такайшвили Людмила Hиколаевна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, тел.: (3952) 500646 доб. 339, e-mail:luci@isem.sei.irk.ru

Takaishvili Lyudmila, Candidate of technical sciences, Senior Researcher, tel.: (3952) 500646, ext. 339, e-mail: luci@isem.sei.irk.ru