Гидродобычные агрегаты и струйные подвижные органы разрушения

© А.В. Фсдаш, 2008

УДК 622.234.5 А.В. Федаш

ГИДРОДОБЫЧНЫЕ АГРЕГАТЫ И СТРУЙНЫЕ ПОДВИЖНЫЕ ОРГАНЫ РАЗРУШЕНИЯ

Семинар № 15

Первые опытно-конструкторские и экспериментальные работы по созданию гидравлических агрегатов были начаты Кузнецким филиалом "Гипроуглемаша" в середине 50-х гг. по техническому заданию института "ВНИИгидроуголь". Первым из отечественных гидравлических агрегатов для пологих средней мощности угольных пластов являлся агрегат АГ-1, состоящий из агрегатной крепи, четырех гидромониторов ГМУ-3 и желобов безнапорного гидротранспорта. Во время испытаний агрегата АГ-1 длиной 18 м с общим под-виганием забоя на 26 м на пласте "Полысаевском 1" гидрошахты "Заречная" в 1958 г. были установлены техническое несовершенство его конструкции и ошибочность в выборе горно-геологических условий. Поэтому применение гидромониторов в качестве органов разрушения и гидротранспорта угля в агрегатном забое не позволило достигнуть высоких технико-экономических показателей.

В 1981 г. в ПО "Гидроуголь" с целью повышения эффективности гидромониторной выемки угля был разработан агрегат, состоящий из механизированной крепи и гидромонитора, стационарно установленного на сопряжении лавы с аккумулирующим штреком. При подаче воды под давлением к гидромонитору ствол его одновременно перемещается в вертикальной плоскости сверху вниз и параллельно плоскости забоя, кровле и

почве пласта, осуществляя выемку угля в агрегатном забое. По окончании выемочного цикла секции механизированной крепи передвигают, и процесс выемки повторяется. Преимущества агрегата - удовлетворительная подготовка кровли и почвы пласта под механизированную крепь.

К недостаткам следует отнести стационарное расположение гидромонитора на фланге лавы, которое не позволяет получить длинную отрезную щель.

В настоящее время давление технологической воды на гидрошахтах достигло 10,0-14,0 МПа, что позволяет успешно применять различные гидромониторы и гидроустановки в зависимости от различных горно-геологических условий. Отлично зарекомендовал свою работу гидромониторный агрегат ГВД, осуществляющий нарезку печей и дистанционную выемку из них угля высоконапорными струями.

Сотрудниками ЦНИИЭУголь были проанализированы гидродобычные агрегаты и комплексы, которые относятся к тем или иным группам. В эти группы входят: угольные типы, струговые установки и комплексы с опускными крепями, щитовые агрегаты, машины направленного бурения. Наиболее выгодной была технологическая схема безлюдной выемки для машин направленного бурения. Все остальные группы предусматривают присутствие людей в очистных забоях и на время монтажа и ремонта.

Институтами МГГУ, ВНИИгидро-уголь, производственным объединением "Гидроуголь" проводились работы по созданию средств выемки угля без постоянного присутствия людей в забое для гидравлической технологии добычи угля. Создание гидравлических и механогидравлических агрегатов, главным достоинством которых является малооперационность технологического процесса, объединенного единым энергоносителем, является одним из перспективных направлений создания технологий агрегатной выемки угля без постоянного присутствия людей в забое. Для пологих пластов средней мощности созданы агрегаты АФГ, АФМГ. Гидромониторный агрегат АФГ, представляющий собой совокупность конструктивно взаимосвязанных машин и механизмов, предназначен для механизации и автоматизации технологических процессов по выемке угля, его транспортировке и управлению кровлей. Агрегат состоит из выемочного органа, става-желоба, механизма перемещения подводящих водоводных ставов, лавной крепи, аппаратуры автоматического управления и контроля. Агрегат проходит испытания на шахте "Инская" производственного объединения "Гидроуголь". Механогидрав-лический агрегат АФМГ отличается механогид-равлическим исполнительным органом и механизмом перемещения по ставу-желобу.

Коллективами МГРИ, ГИГХСа, Промпроекта было разработано оборудование для скважинной гидротехнологии: смеситель газожидкостный с перфорированным диффузором; воздухоотделитель циклонного типа; скважинные добычные снаряды с кольцевым пульпопроводящим каналом типов "Эрлифтный", "Крот", "Торпеда", "Гидромониторный" и с центральным каналом типа "Пульпосос".

С учетом всего объема руды, выданной добычным снарядом, средняя производительность при предварительных испытаниях снарядов составила: "Торпеда" - 9,7; "Крот" - 10; "Эрлифтный" - 11; "Гидромониторный" - 12 т/ч. Установлено, что при продолжительной добыче с одного интервала скважины производительность быстро падает. Так, при добыче рыхлых мартит-магнетитовых и магне-тит-мартитовых тонкозернистых руд снарядом "Торпеда" с глубины 652687 м через 15,2 ч даже при выполнении раскачивания производительность снижалась с 25,0 до 7,6 т/ч. Быстрое снижение производительности отмечалось и при использовании других добычных снарядов в интервалах технологической скважины, представленных пластами и пропла-стками богатых руд различной плотности.

В процессе проведения экспериментальных, предварительных и приемочных испытаний наблюдалось постоянное повышение средней производительности добычи за счет накопления опыта работы, применения более совершенных конструкций добычных снарядов, увеличения энергетической мощности (воздуха, воды и ГЖС), усовершенствования технологии добычи.

В частности, новые закономерности струеформирования являются основополагающими для проектирования и разработки скважинных гидромониторов с повышенной разрушающей способностью струи. Закономерности пульпоприготовления и процесса всасывания на основе закрученных самоуправляемых струй положены в основу создания принципиально новых конструкций выдачных устройств. Знание закономерностей самотечного и принудительного гидротранспорта позволяет научно про-

ектировать конструктивные элементы систем разработки.

Установлено, что на транспортирование угля по скважине на каждый метр скважины теряется 1 кВт мощности, поэтому длина скважины невелика (до 30-35 м). Кроме того, в настоящее время установками БШУ разрешено отрабатывать только негазовые пласты, так как были случаи вспышек метана в скважине вследствие фрикционного искрообразова-ния.

Учитывая все это, в институте ВНИИгидроуголь разработана технологическая схема выемки угля установкой БШУ с гидротранспортом угля по камере, которая позволит:

- снизить энергоемкость транспортирования угля, которая при обычной технологии составляет 65-70 % от всех энергозатрат, что позволит увеличить длину скважины до 60-80 м;

- повысить энергозатраты на отбойку угля, а также скорость резания и производительность установки;

- исключить возможность фрикционного искрообразования путем подачи на режущую коронку технической воды под давлением 1,5-2,5 МПа, служащей для транспортирования отбитого угля.

Технологическая схема выемки угля с применением установки БШУ предусматривает прохождение параллельных камер между аккумулирующим и вентиляционным штреками. При этом между камерами для управления кровлей оставляются небольшие целики угля, которые по мере их раздавливания вынимаются гидромониторами (12ГД-2) с аккумулирующего или вентиляционного штрека.

Однако применение гидротранспорта на бурошнековых установках не ликвидирует основных недостатков, им присущих:

- большие потери угля, обусловленные формой выработки;

- недостаточная жесткость шнекового става и как следствие - отклонение скважины от заданного направления;

- прерывность в работе по выемке угля;

- отсутствие плавного регулирования исполнительного органа по мощности пласта.

Гидравлическая технология добычи угля, на современном уровне развития, наиболее полно отвечает требованиям, предъявляемым к безлюдной выемке, и является переходной к скважинной гидравлической добыче угля.

УкрНИИгидроуглем ДонУГИ разрабатывались технологические схемы безлюдной выемки пологих пластов с применением гидромониторных агрегатов ГВД-3, АГС-1, управление которыми осуществляется из подготовительной выработки. В процессе выемки угля агрегатом ГВД-3 (рис. 1) лучшие результаты были достигнуты при давлении воды 10,0 МПа и диаметре насадки 0,024 м. Струя разрушала полосу шириной 1,0 м и длиной 1012 м по всей мощности пласта.

Однако испытания опытного образца показали, что данный агрегат, наряду с преимуществами, обладает рядом существенных недостатков, наличие которых делает проблематичным его промышленное применение.

К основным из них относятся следующие:

- невозможность контроля за качеством проведения выемочной сбойки (ширина и качество обработки контура), что в значительной степени влияет на трудоемкость ее проведения и качество очистных работ, а также за ее прямолинейностью, что приводит к нарушению параметров технологической схемы и, как следст-

X

о

4 о

5‘

03

сг

<5

2

54

5

1ЕГ

о

03 сг >< о £| 'С

4

03 го тз £| о

4

о

54 О о оз го X X Е 3 5‘ТЗ О

ь с ° § сл ь

93

О' 2 5 -

О 54 ГО И

го §

5 £ ГО X 5

5

3 'С

О 3

^ >-3

•V м

X

5

5

3

о

4 го тз

сг

'С

ч

'С

оз

го

й

5

£

ГО

54 3

0 ^

1 5

о\ ГО 9 х а т

Е 'Я

ег

ГО

о о о

5‘ 54

а

тз го

в

го X

а м 2 о £

О Н

о °

й 3 о ТЗ

СКВАЖИННЫЕ ГИДРОМОНИТОРНЫЕ АГРЕГАТЫ Гидромониторный агрегат ГВД-3 Гидромониторный скважинный агрегат АГС

1 - станок подачи; 2 - распорный Фонарь; 3 - пульт управления 4-секция подачи;5- высоконапорный рукав; 6 - пулы управления

рис 1.а

I- водоподающая штанга; 2 - опорный фонарь;- 3- пульт управления; 4 - исполнительный орган; 5- вентиль ВГ-2; 6 - фильтр; 7 - станок подачи; 8- маслостанция рис 1.6

рис 1.

При применении агрегата АГС возможны две технологические схемы ведения работ. Первая схема предусматривает подготовку выемочного участка двумя штреками: аккумулирующим и вентиляционным. Технология ведения работ по этой схеме заключается в следующем. Вначале по пласту угля с помощью 3-х струйного исполнительного органа, совершающего с помощью подающего става возвратно-поворотное движение, проводится скважина диаметром 0,4-0,8 м. После выхода ее на вентиляционный штрек, исполнительный орган демонтируется, и вместо него на подающий став устанавливают исполнительный орган для очистной выемки. Выемку угля ведут сверху вниз полосами-заход-ками, длина которых равна длине секций подающего става, а ширина -12-17м при односторонней выемке и 16-25 м при двухсторонней выемке заходок. По второй технологической схеме подготовка выемочного участка осуществляется только одним аккумулирующим штреком. При этом сначала также бурится скважина длиной до 150 м, после чего из скважины извлекаются подающий став и исполнительный орган. Затем в скважину подается исполнительный орган для очистной выемки, с помощью которого осуществляется гидроотбойка угля полосами-заход-ками сверху вниз. Параметры заходок те же, что в первом случае.

Агрегатом АГС производилась выемка выбросоопасного пласта мощностью 0,36-1,7 м с углом падения 560°. Скорость бурения скважин длиной до 100 м при давлении воды 8,010 МПа достигала 12-15 м/ч при среднесуточной скорости 18-25 м, а средняя производительность гидроотбойки - 13-35 т/ч. Добыча угля из скважины достигала 130-150 т/смену,

а при выемке заходок 130-240 т/смену. Потери угля в заходках составляли 8 %.

Во время испытаний имели место случаи динамических явлений, в результате которых происходили закупорки скважин и зажатие става. Кроме того, было установлено, что при длине скважины более 100 м и сложной ее трассе возможно прекращение возвратно-поворотного движения исполнительного органа, в связи с чем производительность агрегата снижалась. Было также установлено, что для его осуществления и надежного гидротранспорта угля по скважине необходим такой режим гидроотбойки, при котором крупность кусков угля не превышает 0,2-0,25 м.

Одним из основных условий эффективного применения технологии сква-жинной гидродобычи угля является обеспечение надежного гидротранспортирования не в очистной камере, а в эксплуатационной скважине. С целью повышения устойчивости стенок скважины ее диаметр должен быть минимален. С другой стороны, проходное сечение скважины должно быть достаточно для размещения в нем гидроснаряда и пропуска крупнокусковой угольной гидросмеси. Тем не менее, как показал опыт отработки угольных пластов скважинной гидротехнологией, аварийные ситуации в скважине, в особенности заклинивание (забутовка) гидродобычного става в эксплуатационной скважине, составляют 30-35 % времени работы снаряда.

Опытные работы, а также промышленное применение средств гидромеханизации очистных работ показали, что одним из основных факторов, ограничивающих область применения гидравлического способа безлюдной выемки угля, является кре-

пость угля. Для снижения отрицательного влияния этого фактора ИГД им. А.А. Скочинского работает над комбинацией известных способов механической и гидравлической выемки угля при невысоком давлении струи воды. Все они основаны на использовании предварительного разрыхления угля.

Таким образом, оценивая предложенные решения с точки зрения их практической применяемости, можно сделать вывод об отставании в части разработки выемочной техники для гидромеханизации, хотя возможности гидроотбойки при обычных (10-16 МПа) напорах далеко не использованы.

— Коротко об авторах

Фєдаш A.B. - дoцeнт, кандидат тexничecкиx rny^ Mocкoвcкий гocyдаpcтвeнный горный унивєрситєт.

Дoклад peкoмeндoван к oпyбликoванию ceминаpoм № 15 отм^з^ма «Неделя горняка-2007». Рецензент MA.-TOpp. PAH Ё.А. Пучков.

---------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

BOPOБЬEB Aлeкcандp Григорьевич Формирование организационно-экономического механизма управления развитием горно-металлургических предприятий России 0S.00.05 д.э.н.

ЯHKEBИЧ Павел Apтypoвич Экономическое обоснование эффективной деятельности компании в условиях развивающихся рынков угольной продукции 0S.00.05 к.э.н.