Повышение адаптивности очистного механизированного комплекса к изменяющимся горно-геологическим условиям модернизацией его забойного скребкового конвейера

УДК 622.233

А.И.Королев

ПОВЫШЕНИЕ АДАПТИВНОСТИ ОЧИСТНОГО МЕХАНИЗИРОВАННОГО

КОМПЛЕКСА К ИЗМЕНЯЮЩИМСЯ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИМ УСЛОВИЯМ МОДЕРНИЗАЦИЕЙ ЕГО ЗАБОЙНОГО СКРЕБКОВОГО КОНВЕЙЕРА

Известно, что горно-геологические условия, гипсометрия пласта, кривизна почвы пласта и угля и другие факторы переменно изменяются по мере отработке выемочного столба. При этом комплекс имеет жесткую структуру, что существенно снижает эффективность его использования и не позволяет адаптироваться под эти факторы. Комплекс имеет низкую устойчивость особенно в зонах геологических нарушений, в следствие чего появляются перерывы в работе, снижается производительность. В связи с этим рассмотрен способ повышения адаптивности очистного механизированного комплекса, в частности забойного конвейера к изменяющимся в широком диапазоне горно-геологическим условиям при отработке выемочного столба. Предложена структура забойного зарубного конвейера с изгибающимся ставом, способного формировать опорную поверхность по почве пласта для направленного перемещения очистного механизированного комплекса, регулировать отжим пласта подрубкой.

Ключевые слова: угольный пласт, очистной комплекс, горно-геологические условия, адаптация, забойный конвейер, режуще-транспортирующая цепь.

Известно, что в следствие перехода к использованию очистных механизированных комплексов (ОМК) были решены проблемы создания передвижных секций крепи снабженных гидравлическими приводами, забойных передвижных скребковых конвейеров, узкозахватных комбайнов и стругов. При этом не смотря на изменяющиеся горно-геологические условия, кинематические связи всех машин и оборудования комплекса обеспечивают, слаженное передвижение ОМК в циклическом режиме по мере отработки выемочного столба [1].

DOI: 10.25018/0236-1493-2017-9-0-214-219

Комплексная механизация очистных работ обеспечила не только переход от циклического процесса выемки на поточный непрерывный, но при этом повысилась интенсивность работы, требования по надежности каждому элементу комплекса в связи с изменением условий работы, увеличением длины лавы, глубины ведения работ, изменяющейся гипсометрии пласта (таблица).

Основной функцией ОМК и дополнительного оборудования является обеспечение длительного, устойчивого, высокопроизводительного и безопасного для

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 9. С. 214-219. © А.И. Королев. 2017.

Условия работы механизированных комплексов на ОАО «СУЭК-Кузбасс»

№ Шахта Лава Мощность пласта, м Длина лавы, м Конвейер/ перегружатель Мощность привода конвейера Калибр цепи Скорость скребковой цепи

1 Полыса-евская 1749 пл. Бреев-ский 1,5-2,0 1,71 210 FFC-9 GLINIK FSL-9 GLINIK 3x500 2x x(038x126) 1,32

2 ПЕ Шахта «Комсомолец» 1731 пл. Бреев-ский 2,0-2,3 2 213/ 175 PF 4/1032 PF 4/1132 3x420 2x x(034x126) 1,54

3 Им. С.М. Кирова 2458 пл. Болды-ревский 1,5-2,4 2,22 (2,3) 242 AFS-38x800/1500 BSL-30x1024/500 3x500 2x x(034x126) 1,32

4 Им. В.Д. Ялев-ского 5212 пл. 52 4,0 4,5 250 PF 4/1132 PF6/1342 3x420 2x x(034x126) 1,54

5 Им. 7 ноября 1385 пл. Байка-имский 4.5 4.6 286 PF 4/1132 PF 4/1132 3x420 2x x(034x126) 1,54

людей процесса выемки угля по мере отработки выемочного столба [2] в изменяющихся горно-геологических условиях. В ходе развития комплексов совершенствовались его отдельных элементы (крепь, комбайн, перегружатель и др.). Модернизировались и забойные скребковые конвейеры увеличивались производительность, длина, мощность привода. Совершенствовались тяговые цепи и приводные станции. В таблице приведены основные параметры конвейеров, применяемых на ОАО «СУЭК-Кузбасс».

Как видно из таблицы современные конвейеры отражают традиционное направление развития увеличением производительности, мощности привода, прочности цепи. В связи с этим увеличивается металлоемкость, уменьшается приспо-сабливаемость, при этом не зависимо от типа комплекса процесс выемки отличается неравномерностью нагрузок и существенным отклонением режимов работы во времени и пространстве в номинальных режимах, что приводит

к уменьшению производительности при изменяющихся в широких пределах условиях.

Одной из важнейших проблем ведения горных работ в комплексно-механизированном очистном забое является поддержание устойчивого положение ОМК и целенаправленного перемещения очистного забоя особенно в зонах геологических нарушений (разрывы пласта, утонения, сбросы и т.п.). Для этого необходимо четкое направление движения очистного забоя относительно линии простирания пласта по всей длине лавы. Т.е. необходимо профилировать почву пласта как опорную направляющую движение ОМК поверхность.

С другой стороны, прочность боковых пород может существенно меняться, особенно в зоне прохождения горного-гео-логических нарушений, что существенно влияет на отжим пласта, нарушения сплошности непосредственной кровли. Именно активное управление горным давлением в забое возможна только со-

гласованной адаптацией к изменяемым условиям выемочной машины, механизированной крепи и забойного конвейера. При этом, последнему придаются функции как оставу комплекса наряду с профилированием почвы пласта для направленного движения всего комплекса и подрубки пласта для поддержания горного давления.

Следует отметить, что схемы компоновки ОМК не изменялись более 40 лет при среднем периоде обновления горной техники от 7 до 15 лет. Назрела необходимость повышения адаптации ОМК и через повышение адаптивности их забойного конвейера, как одного из основных элементов комплекса, к горно-геологическим условиям, изменяющимся в широком диапазоне по мере отработки выемочного столба.

Разработкой конструктивных особенностей адаптивных скребковых конвейеров занимались ученые В.С. Ромашин, Е.И. Тверезый Им принадлежит патент № 906839 на горизонтально замкнутый скребковый конвейер. Недостатками так же являются неуравновешенная нагрузка на скребки. Нет возможности регулирования забойной части рештака скребкового конвейера по почве пласта. Поскольку скребки не оборудованы резцами, нет возможности профилирования почвы и подрубки пласта [15].

В.М. Горлов предложил конструкцию забойного скребкового конвейера (патент № 2042593). В отличие от аналогов, конвейер снабжен упорами, которые размещены в концевых частях желоба с целью повышения надежности в работе конвейера. Также конвейер имеет стопорные элементы, которые закреплены на каждой траверсе. Недостатками так же являются неуравновешенная нагрузка на скребки. Нет возможности регулирования забойной части рештака скребкового конвейера по почве пласта. Поскольку скребки не оборудованы

резцами, нет возможности профилирования почвы и подрубки пласта. Сложность конструкции из-за необходимости большого количества обводных звезд (12 штук) [12].

В.В. Габов, Ю.Д. Тарасов предложили конструкцию забойного скребкового конвейера (патент № 2349760) с уникальными конструктивными особенностями: скребки расположены равноудаленно относительно одноцепного тягового органа при этом имеют возможность поворота относительно него в плоскости, перпендикулярной продольной оси тягового органа. Недостатками является неустойчивость положения скребков в следствии закрепления их на одноцеп-ном тяговом органе. Нет возможности регулирования забойной части рештака скребкового конвейера по почве пласта. Поскольку скребки не оборудованы резцами, нет возможности профилирования почвы и подрубки пласта [14].

По результатам анализа патентов по тематике забойных скребковых конвейеров ОМК можно утверждать, что наибольшее влияние за последние 10 лет уделяется:

• совершенствованию рештачного става;

• конвейерам с горизонтально-замкнутой цепью;

• совершенствованию рештаков и их узлов, соединений;

• угловым конвейерам;

• развитию адаптивных конвейеров, регулируемость положения.

По результатам анализа патентов, технической и проектно-конструкторской документации, наиболее подходящим решением для повышения адаптивности всего комплекса к сложным горно-геологическим условиям является забойный скребковый зарубной конвейер (патент № 2574090), см. рисунок.

Результат достигается тем, что став конвейера выполнен из завальных и за-

Забойный зарубной скребковый конвейер: 1 — основания секции крепи, 2 — завальные рештаки, 3 — опорный лист, 4 — опорная стойка, 5 — гидродомкрат, 6 — опорный рычаг забойного рештака, 7 — опорная цапфа, 8 — забойный рештак, 9 — скребок, 10 — тяговые цепи, 11 — опорная направляющая, 12 — скользящая каретка, 13 — резцы [9]

бойных рештаков, соединенных между собой шарнирно с возможностью регулирования положения забойного рештака по почве пласта гидродомкратом и скребков с резцами на торцовой их части установленых на скользящих каретках с удлиненными опорными направляющими и с тяговыми цепями, соединенными с каретками с двух сторон от опорной направляющей [15].

Предлагаемый забойный скребковый зарубной конвейер в разы упрощает техническое обслуживание, осуществляет подрубку пласта, профилирование опорной поверхности и является одним из главных решений в дальнейшем улучшении очистных механизированных комплексов. При компоновки механизированного комплекса с унифицированным выемочным модулем основные функции: отделение угля от массива пласта и погрузка отделенного угля на конвейер распределены по всей длине забоя, что снижает удельную концентрацию про-

цесса в активной зоне выемки, но увеличивает интенсивность процесса выемки по всей длине лавы, в целом. Снижение концентрации и энергонапряженности работ на каждом участке по длине лавы повышает безопасность и устойчивость технологического процесса добычи угля в комплексно механизированном очистном забое.

Компоновка забойного зарубного конвейера с горизонтально-замкнутой цепью обеспечивает:

• повышение устойчивости технологического процесса выемки угля в комплексно-механизированных очистных забоях со сложными горно-геологическими условиями;

• возможно раздельное транспортирование угля и породы, следовательно, селективная добыча угля;

• повышение коэффициента готовности забойного конвейера и времени эффективности использования ОМК по добыче.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Соковых Е. О. Обоснование структуры и параметров высокопроизводительного очистного комплекса на базе щитовой крепи для выемки пологих пластов мощностью 0,7—1,4 м. Диссертация. — Донецк: Донецкий национальный технический университет, 2014.

2. Корнеев С. В., Зотов В. А., Доброногова В. Ю. Адаптивное управление натяжением забойных скребковых конвейеров // Горное оборудование и электромеханика. — 2016. — № 1.

3. Габов В. В. Очистные механизированные комплексы для добычи угля в длинных забоях // Горная техника. — 2006. — № 41.

4. Хорешок А. А., Маметьев Л. Е., Цехин А. М., Нестеров В. И., Борисов А. Ю. Выбор технологических схем и оборудования для обработки угольных пластов на шахтах ОАО «СУЭК-КУЗ-БАСС» // Горное оборудование и электромеханика. — 2015. — № 5.

5. Буевич В. В., Габов В. В., Стебнев А. В., Бабырь Н. В. Адаптация секции механизированной крепи совершенствованием механической характеристики гидропривода ее гидростоек // Горное оборудование и электромеханика. — 2016. — № 3. — С. 28—34.

6. Копылов А. Б. Адаптация параметров механизированных комплексов к различным горно-геологическим условиям. — Тула, ТулГУ, 2006.

7. Корнев С.В. Концепция адаптации забойных скребковых конвейеров. — Харьков: УИПА, 2005.

8. Ordin A. A., Metel'kov A. A. Analysis of longwall face output in screw-type cutter—loader-and-scraper conveyor system in underground mining of flat-lying coal beds // Journal of Mining Science. November 2015, Volume 51, Issue 6, pp 1173—1179.

9. Yanping Yao, Ziming Kou, Wenjun Meng, Gang Han. Overall Performance Evaluation of Tubular Scraper Conveyors Using a TOPSIS-Based Multiattribute Decision-Making Method // The Scientific World Journal. 2014 , Article ID 753080.

10. Krzysztof Cenacewicz, Andrzej Katunin. Modeling and simulation of longwall scraper conveyor considering operational faults // Studia Geotechnica et Mechanica The Journal of Wroclaw University of Technology 2016. Volume 38, Issue 2, Pages 15—27

11. Горлов В. М. Патент RU 2042593 Украина, B65G19/00, 4853501/03, Забойный скребковый конвейер, заявитель Донецкий научно-исследовательский угольный институт. № 4853501/03, заявл. 19.07.1990, опубл. 27.08.1995, 3 с.

12. Горлов В. М. Патент RU 2019477 Украина, E21F13/08, B65G19/10 Забойный скребковый конвейер, заявитель и патентообладатель Донецкий научно-исследовательский угольный институт. № 4953642/03, заявл., 30.05.1991, опубл. 15.09.1994.

13. Эйдерман Б.А., Ицкович В. Ю., Симановский А. В., Леусенко А. В., Бабенко Н. П., Уменко А. И. Патент SU 1666402 A1 Российская Федерация, B65G19/00 Угловой скребковый конвейер, заявитель и патентообладатель Институт горного дела им А.А. Скочинского. № 4369894, заявл., 21.01.1988, опубл. 30.07.1991.

14. Габов В. В., Тарасов Ю.Д. Патент RU 2349760 Российская Федерация, E21F13/00, B65G19/08, B65G19/26 Забойный скребковый конвейер/ заявитель и правообладатель Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет). № 2007137721/03, заявл. 11.10.2007, опубл. 20.03.2009.

15. Габов В. В., Королев А. И., Задков Д.А. Патент RU 2574090 Российская Федерация E21F13/08 B65G19/10 Забойный скребковый зарубной конвейер, заявитель и правообладатель «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный». № 2014149673/03, заявл. 09.12.2014, опубл. 10.02.2016. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРE

Королев Александр Игоревич — аспирант, e-mail: sashka_25region@mail.ru, Санкт-Петербургский горный университет.

ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 9, pp. 214-219.

UDC 622.233

A.I. Korolev

IMPROVEMENT OF SHEARING ASSEMBLY ADAPTABILITY TO VARYING GROUND CONDITIONS BY MEANS OF MODERNIZATION OF SCRAPER TRANSPORTER

In any load condition of uneven level of slaughter and the machine operation is significantly different from the rational because it is known that the mining and geological conditions, hypsometry formation, the curvature of the formation of soil and twisting formation of soil carbon and other

factors variably change as working out extraction pillar, with the complex It has a rigid structure, which significantly reduces the efficiency of its use, and does not allow to adapt to these factors, in addition the complex has a low resistance especially in zones near geological faults which occur as a consequence of outages, reduced productivity. The way of increasing the adaptability of the clearing mechanized complex, in particular the face conveyor to vary over a wide range of mining and geological conditions in mining extraction pillar.

The structure of the downhole cutting conveyor curving becoming capable of forming a support surface for the formation of ground directional movement of cleaning mechanized complex, adjust spin undercutting formation.

Key words: coal seam, cleaning complex geological conditions, adaptation, face conveyor, cutting-conveying chain.

DOI: 10.25018/0236-1493-2017-9-0-214-219

AUTHOR

Korolev A.I., Graduate Student, e-mail: sashka_25region@mail.ru, Saint Petersburg Mining University, 199106, Saint-Petersburg, Russia.

REFERENCES

1. Sokovykh E. O. Obosnovanie struktury i parametrov vysokoproizvoditel'nogo ochistnogo kom-pleksa na baze shchitovoy krepi dlya vyemki pologikh plastov moshchnost'yu 0,7—1,4 m (Justification of design and parameters of high-production shearing assembly based on shield support for gently dipping beds 0.7-1.4 m thick), Donetsk, DonNTU, 2014.

2. Korneev S. V., Zotov V. A., Dobronogova V. Yu. Gornoe oborudovanie i elektromekhanika. 2016, no 1.

3. Gabov V. V. Gornaya tekhnika. 2006, no 41.

4. Khoreshok A. A., Mamet'ev L. E., Tsekhin A. M., Nesterov V. I., Borisov A. Yu. Gornoe oborudovanie i elektromekhanika. 2015, no 5.

5. Buevich V. V., Gabov V. V., Stebnev A. V., Babyr' N. V. Gornoe oborudovanie i elektromekhanika. 2016, no 3, pp. 28-34.

6. Kopylov A. B. Adaptatsiya parametrov mekhanizirovannykh kompleksov k razlichnym gorno-ge-ologicheskim usloviyam (Adaptation of mechanized assembly parameters to different ground conditions), Tula, TulGU, 2006.

7. Kornev S. V. Kontseptsiya adaptatsii zaboynykh skrebkovykh konveyerov (Concept of adaptation of scraper transporters), Kharkov, UIPA, 2005.

8. Ordin A. A., Metel'kov A. A. Analysis of longwall face output in screw-type cutter-loader-and-scraper conveyor system in underground mining of flat-lying coal beds. Journal of Mining Science. November 2015, Volume 51, Issue 6, pp 1173-1179.

9. Yanping Yao, Ziming Kou, Wenjun Meng, Gang Han. Overall Performance Evaluation of Tubular Scraper Conveyors Using a TOPSIS-Based Multiattribute Decision-Making Method. The Scientific World Journal. 2014 , Article ID 753080.

10. Krzysztof Cenacewicz, Andrzej Katunin. Modeling and simulation of longwall scraper conveyor considering operational faults. Studia Geotechnica et Mechanica. The Journal of Wroclaw University of Technology. 2016. Volume 38, Issue 2, Pages 15-27

11. Gorlov V. M. Patent RU 2042593, 27.08.1995.

12. Gorlov V. M. Patent RU 2019477, 15.09.1994.

13. Eyderman B. A., Itskovich V. Yu., Simanovskiy A. V., Leusenko A. V., Babenko N. P., Umenko A. I. Patent SU1666402 A1, 30.07.1991.

14. Gabov V. V., Tarasov Yu. D. Patent RU 2349760, 20.03.2009.

15. Gabov V. V., Korolev A. I., Zadkov D. A. Patent RU2574090, 10.02.2016.

_