Перспективы механизации очистных работ в угольных шахтах России

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 97»

МОСКВА, МГГУ, 3.02.97 - 7.02.97 СЕМИНАР 4 «ГОРНАЯ ТЕХНИКА: ПРОБЛЕМЫ И ТЕНДЕНЦИЯ РАЗВИТИЯ»

A.К. Скурвидас, В.Е. Иванов,

компания «Росуголь»

B.И. Морозов

Московский государственный горный университет

ПЕРСПЕКТИВЫ МЕХАНИЗАЦИИ ОЧИСТНЫХ РАБОТ В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ РОССИИ

Основными направлениями повышения эффективности подземной добычи угля в России являются концентрация и интенсификация очистных работ с обеспечением высокой степени безопасности их ведения.

Уровень концентрации очистных работ оценивается суточной нагрузкой на забой (т/сут.), а уровень интенсификации — интенсивностью нагрузки на забой (т/сут. м"), равной произведению суточного подви-гания забоя на плотность добываемого угля (горной массы).

Основные направления повышения концентрации и интенсификации очистных работ связаны с увеличением длины лавы до 300 м, увеличением длины выемочного столба до 3000 м, повышением производительности, надежности и долговечности работы очистных комплексов. При этом надежность работы оборудования является одним из важнейших показателей, влияющим на эффективность его использования.

Г1о очистному оборудованию в мировой практике сложились определенные направления организации работы с потребителем, по конструкциям машин и обеспечению надежности его работы, включающие:

по очистным комплексам — производство и поставку комплексов оборудования потребителям только по индивидуальным заказам под конкретные условия эксплуатации.

Это главное направление работы производителя с потребителем, позволяю-

щее обеспечить высокопроизводительную работу очистного оборудования без проведения дополнительных работ в условиях мехцеха шахты, что характерно для использования этого оборудования на шахтах бывшего СССР и РФ.

Средняя удельная стоимость оборудования комплексов фирм Германии и Великобритании — 5,5-6,5 тыс. дол/т. Польши

— на 20-50% ниже.

По механизированным крепям:

переход на применение практически во всех условиях только поддерживаю-ще-оградительных крепей со щитовыми секциями, позволяющими повысить надежность работы и ресурс не менее чем в 2 раза по сравнению с оградительно-подцерживающими крепями и не менее, чем в 3 раза по сравнению с поддерживающими крепями;

преимущественное применение однорядных двухстоечных секций, как более простых по конструктивному исполнению и более надежных в работе, включая условия со слабыми боковыми породами пласта, например, в США, в условиях с тяжелыми кровлями в 1982 г. 48% КМЗ были оснащены крепями с двухстоечными секциями; в 1994 г. — 94% КМЗ;

переход на применение дистанционного, преимущественно электрогид-равлического управления секциями крепи, например в 1994 г. в США КМЗ имели такие системы управления, обеспечивающие

повышение скорости крепления в 1,8-2,5 раза по сравнению с индивидуальным управлением и гарантирующие более высокий распор секций;

преимущественно применяются крепи с центрально расположенным домкратом передвижения секции, как более надежное в работе конструктивное решение;

увеличение объема применения крепей с жесткими перекрытиями, управляемыми угловым домкратом, обеспечивающих повышение степени затяжки кровли и повышающих надежность работы не менее, чем в 2 раза по сравнению с крепями, имеющими перекрытия с управляемой консолью;

отмечается тенденция к увеличению шага расстановки секций с 1,5 м до 1,75 м и 2,0 м, повышающая несущую способность секции, скорость крепления, их устойчивость и снижающая гидронасыщенность крепи;

увеличение шага передвижки секций до величины более 1,0 м, что позволяет повысить интенсивность отработки и снизить количество циклов нагружения кровли секций крепи;

повышение срока службы крепей по металлоконструкциям до 10... 12 лет;

снижение средней удельной стоимости крепей, у фирм ФРГ в зависимости от уровня системы управления крепью она составляет 4,0-5,5 тыс. дол/т при стоимости запчастей на уровне 6-8 тыс. дол/т; удельная стоимость крепей форм Польши ниже на 20-30%;

снижение среднегодовых затрат на техническое обслуживание (ТО) и ремонт (Р) крепей. В ФРГ они составляют 7,09,0% при среднегодовом расходе запчастей на эти работы — 4,0-5,0% от первоначальной стоимости крепи; затраты по польским крепям выше в 1,5-2,0 раза.

По очистным комбайнам'.

переход на применение комбайнов с поперечным расположением главных электродвигателей с установленной мощностью 100-500 кВт каждого, имеющих более простое конструктивное исполнение трансмиссий и более высокую надежность в работе. При этом повышение энерговооруженности очистных комбайнов позволяет резко повысить надежность и ресурс их работы — примерно в квадратичной зависимости от уровня повышения энерговооруженности;

преимущественное применение двух электрических систем подачи с электродвигателями мощностью 35-60 кВт каждого, обеспечивающих рабочие скорости подачи комбайнов до 10-24 м/мин;

увеличение захвата рабочего органа: в ФРГ до 900-950 мм; в США до 9501000 мм;

применение диагностики состояния отдельных систем, узлов и элементов комбайна;

повышение срока службы в зависимости от интенсивности нагрузки на забой до 8-10 лет при ресурсе 2-10 млн. т добычи рядового угля;

снижение удельной стоимости очистных комбайнов. В ФРГ она составляет 50-60 тыс. дол/т; стоимость польских комбайнов с гидравлической системой подачи 40-45 тыс. дол/т, а с электрической — около 60 тыс. дол/т;

снижение среднегодовых затрат на ТО и Р. В ФРГ они составляют 15-25% от первоначальной стоимости комбайна с расходом запчастей до 10-15%.

По забойным конвейерам:

применение конвейеров длиной до 300 м и более с двумя приводами с электродвигателями мощностью 200-800 кВт каждый, с производительностью до 2,5-3,5 тыс. т/час;

переход на применение литых боковин секций;

преимущественное применение двух центрально расположенных цепей;

переход на применение цепей калибром 34-42 мм;

расширение рабочей части става конвейера до 950-1200 мм;

переход на применение приводных головок с боковой разгрузкой и перекрестных рам привода конвейера и перегружателя;

повышение ресурса става конвейера до 5-8 млн. т перегруженной горной массы;

снижение средней удельной стоимости забойного конвейера. У фирм ФРГ она составляет 20-30 тыс. дол/т.;

снижение среднегодовых затрат па ТО и Р конвейера. В настоящее время они составляют до 15-20% от первоначальной стоимости при расходе запчастей до 10-12%.

Среди основных угледобывающих стран наиболее высокие показатели работы достигнуты на шахтах США за счет наличия благоприятных горно-геологических и горнотехнических условий работы КМЗ, практически полной механизации очистных работ, включая концевые операции, широкого применения крепления подготовительных выработок анкерами и систем дистанционного управления крепями.

На конец 1994 г. на шахтах США эксплуатировалась 81 лава, которые обеспечили добычу более 135 млн.т. товарного угля. При этом средняя нагрузка по 10 наиболее производительным КМЗ составила 5598 т/смену товарного угля; по второй десятке КМЗ — 4331 т/смену, а по третьей — 3216 т/смену.

Эти показатели достигнуты за счет: удлинения лав до 300 м и более, удлинения выемочных столбов до 2400 м и более; замены в 1993-94 гг. в 35 КМЗ очистного оборудования на более производительное и надежное, в том числе применения забойных

конвейеров с приводами мощностью 380610 кВт с использованием “перекрестных“ приводных рам (только в трех КМЗ используется боковая нагрузка и отсутствует торцевая разгрузка); перехода на цепи калибром 34 мм (30 КМЗ) и 42 мм (10 КМЗ), а в остальных — 30 мм; обеспечения автоматического регулирования натяжения скребковой цепи; предпочтительного применения комбайнов фирмы “Джой“ с высокой энерговооруженностью (63 КМЗ) и захватом до 915 мм; почти полного перехода на применение однорядных двухстоечных крепей (76 КМЗ) преимущественно с электрогидравли-ческим управлением (73 КМЗ).

Среди европейских угледобывающих стран наиболее высокие показатели работы достигнуты на шахтах Германии.

При близком уровне совершенствования и качества очистного оборудования показатели работы значительно ниже, чем на шахтах США из-за менее благоприятных условий работы, наличия ручного труда при выполнении концевых операций, меньшего уровня применения систем дистанционного управления (24% КМЗ).

Среднесуточная нагрузка на забой составила более 3900 т/сут по рядовому углю.

Анализ британского опыта повышения эффективности и безопасности ведения очистных работ в КМЗ показывает, что наибольшего внимания заслуживает опыт внедрения на шахтах Великобритании крепления анкерами прямоугольных подготовительных выработок выемочных участков.

За шесть лет — с 1988 г. по 1994 г. в условиях глубоких шахт Великобритании (до 950 м) при относительно слабых боковых породах внедрено химическое анкеро-вание подготовительных выработок вместо арочного крепления.

В начале 1994 г. анкерная крепь применялась в 58% выработок британских шахт суммарной длиной 238 км, что состав-

ляет 78% общей длины подготовительных выработок.

При этом общие затраты на проходку, поддержание и транспортировку элементов крепления при применении анкеров снизились не менее, чем в 2 раза; количество несчастных случаев на каждые 1000 м длины выработки уменьшилось по сравнению с выработками с арочным креплением в 2,6 раза; обрушения пород кровли снизились в штреках в 1,5 раза. Себестоимость добычи угля в Великобритании среди угледобывающих стран ЕС самая низкая: в четыре раза ниже, чем в Бельгии и почти в два раза ниже, чем в Германии.

Использование британского опыта позволяет предложить дальнейшее совершенствование технологии и техники для ведения работ на выемочном участке с решением проблем и полной механизации этих работ и созданием условий для эффективного применения в дальнейшем автоматизированных комплексов.

В 1994 г. в КМЗ на шахтах РФ средняя нагрузка на забой по 362 КМЗ составила 726 т/сут. при интенсивности нагрузки 2,4 т/сут. м и производительности труда 11,5 т/вых, что значительно ниже, чем в КМЗ на шахтах Германии из-за более сложных условий и низкого уровня техники, технологии и организации ведения очистных работ.

При работе комплексов типа “Глиник“ и “Фазос“ на шахтах РФ нагрузка на забой составляла 1040-1600 т/сут. при интенсивности нагрузки 3,5-3,8 т/сут. м2.

В последние годы Гипроуглемаш и ПНИ У И выполнили значительный объем работ по созданию и совершенствованию очистного оборудования, направленные на повышение технических параметров и надежности работы:

доведены до промышленного производства ряд современных щитовых крепей типа М137, М138, М142, М144, КМК700-800 для выемки пластов мощностью 0,8-5,0 м, которые уступают зарубеж-

ным только по надежности и сроку службы

— не более 8 лет по металлоконструкции за счет меньших толщин листового проката, т.е. меньшей металлоемкости;

ведутся работы по созданию более совершенных крепей типа М145, М161, М171. М173, М244, КМК950 для выемки пластов мощностью до 6,0 м;

создан комбайн К85 для выемки тонких пластов с применением вынесенной и бесцепной систем подачи;

Гипроуглемашем ведутся работы по ряду современных очистных комбайнов типа “Кузбасс“ (К300, К500, К800, К900, а ПНИУИ — работы по комбайнам К88, КСГ1 для выемки пластов средней мощности и мощных;

создан скребковый забойный конвейер типа СЦП271 производительностью до 750 т/час для работы в лавах длиной до 200 м. а также перегружатель на его основе;

ведутся работы по созданию современных скребковых конвейеров СПЦ391 производительностью 1200-1500 т/час и СПЦ3100 производительностью 1500-1800 т/час для лав длиной до 250-300 м;

ведутся работы по созданию современных приводов конвейеров с торцевой и боковой разгрузкой с двигателями мощностью 160, 200, 250 и 315 кВт каждый;

доводится находящаяся в промышленном производстве насосная станция производительностью 180 л/мин и рабочим давлением жидкости до 32 МПа; начаты работы по насосной установке с такой же производительностью;

создана электрогидравлическая система дистанционного управления крепью типа М138;

создаются современные системы управления крепями типа М144К и КМК700-800.

Применение современного оборудования и в условиях отечественных шахт позволяет обеспечить высокие показатели.

Например, комплексы 2КМ142 производства ПО “Тяжстанкогидропресс“ (г. Новосибирск) на шахте “Распадская“ работают в сложных условиях с нагрузкой 28003200 т/сут; комплекс 2КМ144Н на шахте “Новокузнецкая“ в лаве длиной 110 м при отработке пласта мощностью 5 м с углом

падения до 27" достиг нагрузки 2600-2650 т/сут; комплекс 1 КМ 144 на шахте “Полысаевская“ при отработке пласта мощностью 2,8-2,9 м работает с нагрузкой 3200 т/сут; комплексы типа КМ 138 (13 лавоком-плектов) работают на шахтах Кузбасса со средней нагрузкой 1200-2600 т/сут; комплекс КМ700-800 на шахте им. Кирова работает совместно с польским комбайном с нагрузкой до 3500 т/сут.

.К. Скурвидас, В.Е. Иванов, В.И. Морозов