автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование параметров комплексно-механизированной комбайновой выемки при разработке нарушенных пластов

г 6 М1Р

Кипи (.тер!: то иоразоиаиии 1'йг пу'ишки Казахстан

■аН'йГАН/ШШ.КИИ иРДЕКЙ ТРУДОВОГО КРШШ! II ШШН! ППШЕХНИЧЕСКИИ ИНСТИТУ Г

На правах рукописи ШПЕНГЛЕР Владимир Ннкимеви'!

ОД К о¿¿.¿.'¡¿. и:!

Щ'НИШШнМЙГ ПнРиМПРОИ КОМПЛЕКСНО-МЕХАНИЗИРОВАННО!! ШШБИИКОЫ'И ВНЕШ1 ПНИ РАЗРАБОТКЕ НАРУЬ'ЕШШХ ПЛАСТОВ

Сиециалмгисп. с1.). 10.02 - Пидзеаная разработка и1!с.тори»к1?1тй полезных ископаемых

Йвтирефйраг диссертации

11,1 соисканий цчьньи степени .'¡аидмдэтл технических наук

Караганда

Саоота выполнена в Карагандинском ордена Трудового Красного 'нахнмн политехническом институте и Карагандинским научно-иксло-дивзтильском и проектно-конструктирском угольном институте.

Нш/чный руководитель: чл«н-корреспондент ПН РК,

доктор технических наук, процессе.) АДИЛОЙ Каиря^н Наукебанши

Официальные оппоненты: док.'ор технических наук ■ ИЕРЕДЕКИН Дмитрий Михайлович

кандидат технических наук ГЕОРГИЕВСКИЙ Виктор Р>асильерич

Ведцвве предприятие - производственное ооъедигэнне по добыче угля "Карагандауголь"

За'цита состоится " 25 " марта 19ЯЗ г. в 14-00 час. на заседании специализированного совета Д 058.п4.01 по присуждению учёной степени доктора технических наук Карагандинского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института ( 4700У5, г.Караганда, бульвар Мира, 36, КГ1ТИ, корпус 1, конференц-зал ).

С диссертацией ио1Но ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан '' 24 " Февраля 1И93 г.

Учёный секретарь специелиэироБакнпго совета, кандидат технических наук

В.В.СШП!!

1ЖЩЙУ '"ЙРАКТЕРИСТИКП РОБОТ«

Актуальность райиты.

Ехегодно на шахтах ПО "Карагандауголь" при ведении очистных работ встречается до 300 твктоничнсккх нарушений. При этом в 30 X случаев происходит существенное ухудшение всех основных технико-экономических показателей очистной выемки, а в 10 '/. - вынуждены производить деыонтан или перемонтаж механизированного комплекса и оставлять запаси угля вблизи тектонических нарушений, что приводит к значительным экономическим издерякам.

В связи с этим исследование и обоснование параметров комплексно -механизированной комбайновой выемки, ооеспечиваицих повышение эффективности разработки нарушенных пластов является актуальными.

Рабата подготовлена на основе выполнених НИР (НН ГР 7804367?, Й1061434 и 1139021 1 1.

Цель работы. Установление закономерностей влияния горно-технических факторов на интенсивность и надё»ность технологических процессов в комплйксно.-ыеханизированных лавах и на их основе разработка эконоыико-ыатеыатичйсной модели оптимизации параметров очистной выемки при отработке нарушенных пластов.

Идея работы заключается в использовании уменьшения ширины захвата комбайна при разработке нарушенных пластов для повышения устойчивости призайойного пространства лавы, ^лишения технической производительности и разрушающей способности кокйайна, сокращения затрат времени на концевые операции и аккумулирования отпитого угля в очистном забое при внелавных отказах.

Научный положении, разработанные .лично диссертантом, и но-:изна :

- установлены зависимости интенсивности и надёвности технологических процессов в лаве от параметров очистной выемки, отли-чаваиеся тем, что в зоне тектонических нарушений учитываются средние площади замещения угля породой в лаве и средняя сопротивляемость резании присекаемих пород:

- предлояен метод определения надёвности очистной выемки при отработке нарушенных пластов, отличающийся тем. что учитываются параметры тектонических наруиений и случайный характер их появления в лаве;

- разработана экономико-математическая модель очистного забоя, отличающаяся тем, что позволяет определять оптимальное сочетание вирины захвата комбайна, схемы его работи, способов крепления лавы и выполнения концевых операций при отработке нарушенных пластов.

Достоверность научных полоиений, выводов и рекомендаций, со-дераацихся в работе обоснована:

- достаточной представительностью использованных фактических данных о работе комплексно-механизированных очистных забоев на вахтах ПО "Карагандауголь" при отработке нарушенных пластов:

- использованием рекомендованных технических решений, , доказавших свои эффективность при их промышленном и экспериментальном применении;

- необходимым объёмом вычислительных экспериментов на УВМ в широком диапазоне горно-геологических и горно-технических условий и высокой сходимостью расчётных и фактических данных при обычно применяемых на практике параметрах комбайновой ниемки.

Научное знлчвние работы заключается в установлении зависимостей интенсивности и нидёвности технологических процессов от параметров очистной выемки и разработке акономико-математичаской модели их оптимизации в различных горно-геологических и горно-технических условиях.

Практическое значение рабош заклвчается в обосновании параметров комплексно-механизированной комбайновой выемки и рекомендациях по совершенствовании технологии и средств механизации очистной выемки при разработке наруаенных пластов,

Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты работм были использованы при разработке: "Нормативов нагрузки на очистные забои действующих угольных вахт при различных горно-геологических условиях и средствах механизации выемки", утверадённых Ыинуглепромом СССР в 1382 году; "Временных нормативов продолаи-ильности коктааа (демонтааа) оборудования участка с комплексно-.авизированным забоем", утверкдсниых Нинуглероыоа СССР в 1985 году; "Рекомендаций по способам и технологии подготовки и отработки угольных пластов для пересмотра проекта гор, -2В0 ы пакты "Стахановская", выполненных институтом КНИИИ по заказу института "Карагандагипроыахт1 в. 1У87 году; "Методики определения оптимальных параметров очистной выемки при разработке наруиенных пластов", утверждённой ПО "Карагандауголь" в 1991 году.

Апробация работы. Основные половения диссертационной работы докладывались на территориальной научно-технической конференции "Проблемы разработки моцных и .наклонных пластчз угля подземным способом" ( г.Караганда, 1987 г. ), Восьмом Всесовзном сэыинаре

о

яп оптимизации горних работ ( г,Новосибирск, 1909 г. ), региональной научно-технической конференции "Разработка новых и совер-венствование существующих средств и способов безопасной выемки угля в усложняющихся условиях" ( г.Караганда, 1991 г. ).

Публикации. По теме диссертации опубликовано б статей.

Обт.вк работы. Диссертационная работа состоит из введения. 4 глав, заключения, изложенных не 103 страницах машинописного текста, содеряит 33 рисунка. 22 таблиц», список литератур» из 118 наименований и прилоиения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

Реиению проблем, возникающих при разработке нарушенных плаг-тов механизированными комплексами, посвящены исследования многих учёных стран СНГ и за рубеашм. Вопросам определения оптимальных или рациональных параметров очистной вьамки в сложных горно-геологических условиях посвяцены исследования, выполняемые в МГЦ, ИГД им. Й.Й.Скочинского, ЫШИ, ДонУГИ, ДГИ. ИГД СО РАН. ИГД Севера ЯФ СО РАН, ТулПИ, ПНИ НИ. ЕГИ, КдзНИИ. ИркПИ. В Карагандинском бассейне эти проблемы решались в исследованиях учёных КПТИ, КНИУИ, КазНШ. КазПИ. ИГД АН РК.

Анализ мероприятий и технических решений по нейтрализации отрицательного влияния мелкоамплитудннх тектонических неумений на эффективность очистной выемки позволил чстаношггь. что они достаточно многочисленны и направлены на повышение устойчивости призабойного пространства, снижение прочности разрушаемого массива или повышение разрешающей способности комбайна, а также на по-

вниенме надёжности, средств механизации очистной выемки. Среди них привлекают внимание мероприятия, связанные с изменением параметров очистной выемки. поскольку они, с одной старины, технологичны, т.е. при этом не происходит существенного изменения в технологии очисткой выемки и но требуются значительные материальные и трудовые затраты, а, с другой стороны, они оказывают, как правило. комплексное воздействие по нейтрализации отрицательных факторов .

Одним из таких параметров является ширина захвата комбайна, которая существенно влияет как на производительность и надёз-нбсть работы комбайна, так и на устойчивость призабойного пространства лавы. Кроме того, она определяет возможность и эффективность применения различных схем работы комбайна, способов креплэ-ния лавы и способов выполнения концевых операций. В связи с этим представляют практический интерес исследования влияний ширины захвата комбайна на интенсивность и надёжность технологических процессов в лаве, разработка на их основе экономико-ыатематическсй модели, позволяацей опоеделять оптимальное сочетание ширины захвата комбайна, схемы его работы, способа крепления лавы и способа выполнения концевых операций, исследование нз данной модели эффективности оптимизации в условиях пахт Карагандинского бассейна и по его результатам обоснование параметров комплексно-механизированной комбайновой выемки при разработке нарушенных пластов.

Поскольку нарушенность пласта, как впрочем и другие условия очистной выемки, могут существенно изменяться не только в пределах вахтолласта, но и выемочного поля, то и оптимизационные расчета должны производиться для конкретного выемочного поля (столба.) с выделением в нем характерных участков с относительно стаби-

льными условиями очистной выемки ( рис, 1 3.

В качестве критерия оптимальности используется участковая себестоимость, которая е наибольиой степени чувствительна к изменению нагрузки на лаву при варьировании параметров очистной выемки :

с - ГС Го, Рн, Ру ) -—> ппп,

где Ро - совокупность оптимизируемых параметров очистной выемки ( ширина захвата комбайна, схема его работы, способ крепления лавы и способ выполнения концевых операций ): Рн - совокупность параметров, характеризующих тектоническую наруиэнность выемочного поля ( частота встречи и длительность перехода нарушений, средняя площадь замещения угля породой б лапе и её сопротивляемость резанию, сре-ние площади ослабленного угля и породы и т.д. ): Ру - совокупность параметров, характеризующих горно-геологи-чески® е горно-технические условия очистной пыемки.

•Нагрузка на очистной забой определяется интенсивностью и на-двеностье технологических процессов в лаве. Интенсивность характеризуется скоростью выполнения технологических процессов, а надёжность - вероятностями возмояных состояний подсистемы "очистной забой" в системе "вахта", при которых из лавы поступает грузопоток определённой величины. Тогда, нагрузку на лаву можно определить следующим образом:

Ол - ( 51Ш(Р(). 1 ) * цС 1,} 1) .1 * Т.

гд<! Ял - нагрузка на лаву, т/сут;

бентиляционныи штрек

я ч. «и 1:

й *

О *

*

ГТ

си трек

хом&ей е£нь/и

2

§ I

«и

5

4

3

Рис. 1 Характерна участки выекочного подл I столба >: 1 - участок пдскового периода:

2, 4 - ненаруЁ&нние участки;

3, 6 - наруиекйие участки;

5, ? - ненаруйенные участки с уменьиенной длиной лзее

А"

$иН - знак суммирования:

РС1,5 > - вероятность того, что в подсистеме 1 элементов находятся в исправном состоянии, а ] - в отказовом;

ЧО.П - интенсивность грузопотока из лавы (т/мин), соответствующая вероятности состояния подсистемы И 1,]);

Т - время работы лавы по добыче угля в течение суток, мин.

К параметрам тектонического нарушения, существенно влияющим на интенсивность и надваность технологических процессов очистной выемки, мовно отнегти амплитуду нарушения, его длину, угол встречи лавы с нарувением, физико-механические свойства угля, пород кровли и почвы. Первые параметры определяют площадь замещения угла породой в лаве и характеризуют длительность воздействия отрицательных факторов в технологическом цикле, остальные определяют сопротивляемость разруиаемого массива резанию и характеризуют сила воздействия отрицательных факторов.

Интенсивность процесса выемки угля характеризуется скоростью подачи комбайна и его производительностью , которые определяются по известным методикам с использованием ОСТ 12.47.001 - 73 "Комбайны очистные. Выбор параметров и расчёт сил резания и подачи на исполнительных органах". При этом учитывается влияние на интенсивность процесса выемки угля комбайном таких параметров как длительная мощность двигателя комбайна, ширина захвата, максимальное теговое усилив, максимальная технически допустимая скорость подачи, количество резцов в линии резания, вынимаемая мощность и угол падения пласта, сопротивляемость разрушаемого массива резанию и др. Реа!ь"ьтаты расчётов на ЭВЫ скорости подачи и производительности комбайнов, прииеняеиык на шахтах ПО "Карагандауголь", в широкой диапазоне горно-геологических условий показали, что имеются достаточно йольвив возиояности ловыаенця эффектшшостм на работа

за счёт изменения яирины захвата.

Интенсивность процесса крепления лавы характеризуется его скоростью, которая зависит от затрат врдмени на передвижку секции крепи, способа крепления и количества горнорабочих, занятых . этим процессом. Уменьшение ширины захвата комбайна до величины кратной шагу передвижки секции крепи позволяет применять способы крепления лавы подобные тем, которые используются в условиях струговой и агрегатной выемки. При этом после прохода комбайна передвигается только половина ( последовательно-шахматный способ ) или 1/3 часть всех секций ( последовательно - диагональный способ ), Причём в обоих случаях передвинка ка*дой секции осуцествляется на полный шаг передвижки, который в первом случае равен двойной, а во втором - тройной ширина захвата комбайна.

Применение последовательно-шахматного и последовательно-диагонального способов крепления лавы позволяет уменьяить трудоёмкость и увеличить скорость крепления, а так!е способствует повы-иенига устойчивости призабойного пространства лавы вследствие улучшения взаимодействия механизированной крепи с Породами кровли.

Интенс;вность Процесса погрузки отбитого угля на став лавного конвейера, как и процесса выемки угля, характеризуется скоростью подачи комбайна, т.к. они совмецены во времени и пространстве. Способ погрузки угля на став лавного конвейера оказывает суцоственное влияние на скорость подачи комбайна, Наиболее экономичным, с точки зрения энергозатрат,"является погрузка угля на став лавного конвейера под действием собственного веса. Ймогьие-ние вириин захвата комбайна с 0,8 ы до 0,3 м вызывает увеличение количества угля, попадавшего на став лавного конвейера под действием собственного веса, при вынимаемой мощности пласта 4 м на 4 X, при 2 м - на В X и при 0.7 м - ла 22 X.

Интенсивность концевых операций в лаве характеризуется технической производительностью комбайна на концевых участках лавы, которая в значительной степени .зависит от способа их выполнения, Результаты расчёта технической производительности комбайна при различных способах выполнения концевих операций показывают, чти наиболее эффективным способом является задвиика комбайна вместе г. приводной или концевой головкой лавнаго конвейера на новую снимочную полосу в свободное пространство участковой подготивительной выработки и (или) нишу, т. к. в этом случае резко сокращается количество технологических операций и исключается зарубка косим заездом. Упрощение концевых операций позволяет повысить надёяность их выполнения и создаёт предпосылки для их автоматизации. При ширине захвата комбайна меные или равной половине вага пвредвиаки секции крепи резко сокращается трудоёмкость подготовки ниш из-за крепления её линейными секциями и погрузки большей части угля на став лавного конвейера под действием собственного веса.

Уменьшение ширины захвата комбайна не приводит к суцествен-нома изменению технической производительности комбайна на концевых участках фиксированной длины,. С точки зрения безопасности работ на концевых участках следует отметить, что при применении пи-следовательно-иахматного или последовательно-диагонального способов крепления лавы в сочетании со способом выполнения концевых операций с задвижкой комбайна в участковую подготовительную выработку лли ни«у резко сокращается лловадь незакреплённой кровли.

При исследовании надёяности очистной выемки в условиях нарушенных пластов были учтены д~е особенности. Первая заключается в там, что при работе на нарушенном участке выемочного поля существенно снижается надёхность средств механизации и устойчивость призабойного пространства, которые в значительной степени

зактш от параметров' тектонического нарушения. Й вторая особен-но1 и. заключается, как правило, в случайном характере самой ылречи лавы с тектоническим нарушением. При этом под надёжностью очистной выемки понимается способность вести её с максимальной интенсивностью в течение определённого периода времени.

Методика исследования надёяности очистной выемки при разработке нарушенных пластов заключается в следующем:

- исходя из цел» и задач исследования, производится двком-по;иция подсистемы "очистной забой" на отдельные элементы;

- для каждого элемента подсистемы "очистной забой" устанавливаются статистические характеристики случайных величин времени наработки на отказ и времени восстановления отказа на характерных участках выемочного поля;

- устанавливаются зйпирические или расчётно-аналитические зависимости нзаду статистическими характеристиками надёжности элементов подсистемы "очистной забой" и параметрами тектонических нарушений, а также оптимизируемыми параметрами;

- производится математическое описание надёжности подсистемы "очистной забой" с учётом случайного характера протекания технологических процессов и разработанного графа возможных состояний подсистемы;

- разрабатывается программное обеспечение расчёта надёяности очистной выемки при отработке наруиенных пластов, которое затем используется при выполнении оптимизационных расчетов.

Исходя из факторов, существенно влияющих на надёжность очистной вцеики, целесообразно в подсистеме "очистной забой" выделить следующие элементы; "пласт", "комбайн", "лавный конвейер", "вне-лавный транспорт". Декомпозиция подсистемы на указанные элементы позволяет адекватно описать её состояния на характерных участках

выемочного пода (столба). Для оценки надёжности очистной выемки за весь период-бтработ км выемочного поля целесообразно выделить элемент "нарушенность", который характеризует случайный процесс поавления тектонического нарушения в лаве.

Статистические характеристики случайных величин времени ' наработки на отказ и времени восстановления отказа по всем элементам подсистема получены на основе обработки фактических данных по вахтам ПО "Карагандацголь" за период 1980 - 1984 г.г. и 1986 -1987 г.г. При атом наиболее многочисленные исследования были проведены на шахтах им. 50-летия Октябрьской революции, иы.Костенко, "Стахановская", им. 50-летия СССР, "йбайскаэ", "Казахстанская", им. Ленина и "Шахтинская". В качестве исходной информации использовались отчётные документы производственных служб вахт и Л0 "Ка-рагандауголь". Используя фактические данные о работе комплексов, были получены эмпирические зависимости показателей надёжности элементов подсистемы от параметров тектонических нарушений, представленных посредством средней площади замещения угла породой в лаве и средней сопротивляемости разрушаемого массива резанию. Благодаря небольшой области применения (близлежащие выемочные поля), возможности обновления по мере поступления новой информации, полученные эмпирические зависимости позволяют с достаточной степенью точности прогнозировать статистические характеристики напевности элементов подсистемы "очистной забой" на характерных участках выемочного поля.

На основе опыта работы комбайнов с уменьшенной шириной захвата можно предположить, что мевду средним временем наработки на отказ элемента "пласту и длиной свободного пролёта кровли существует гиперболическая зависимость, параметр которой определяется из фактического соотношения этих величин в конкретных условиях

очистной виемки. Но результатам исследований установлено, что ме-»ДУ средним временем восстановления отказа элемента "пласт" и длиной свободного пролёта кровли существует линейная зависимость, параметры которой такие устанавливаются фактическим еоотноиением этих величин. Используя указанные зависимости,била сделана оценка степени влияния уменьаения иирины захвата комбайна с 0,6 до 0,2 м на надежность очистной выемки, характеризуемой коэффициентом готовности подсистемы "очистной -забой", на ненарушенных и наруменных участках выемочного поля. Уменьшение ширины захвата комбайна .на ненаруиенных участках повышает надёжность очистной виемки на 3 - 8 '/.. а на нарувенных участках на 20 - 50 '/..

Уменьшенная ширина эахаата комбайна в определённых условиях позволяет аккумулировать отбитый уголь в призабойном пространстве лавы. При этом имеется.возможность частично компенсировать простои очистного забоя по внелавным причинам, а также совместить с ними некоторые технологические перерывы, например, при выполнении концевых операций. Эффективность аккумулирования угля в призабой-ном пространстве зависит, с одной стороны. от возмошого объёма аккумулирования, а с другой - от частоты и длительности виелавных отказов. Согласно проведенным расчётам за счёт аккумулирования угля в призабойном пространстве лава возможно повнвение нагрузки на очистной забой на 8 - 10 X.

На основе известных и установленных в процессе исследования зависимостей интенсивности и надёмности технологических процессов от параметров очистной выемки была разработана экономико-математическая модель очистного забоя. На рис.2 показана укрупнённая схема влияния оптимизируемых параметров очистной выемки и параметров тектонических нарушений на участковая себестоимость дойн-,к угля. Определение оптимальных параметров происходит путём расчёта •

на ЭВМ всех возможных ыариангои технологии очистной выемки в заданном диапазоне изменения оптимизируемых параметров и ниопрпм того из них, который обеспечивает минимум себестоимости.

Дли оценки, зффективности оптимизации параметров ичистной ни емки в условиях шахт Карагандинского бассейна и обоснования параметров комплексно-Ыеханиэирцвашюй комбайновой выемки при разработке нарушенных пластов было выполнено около 3000 расчётов. каж дый из .которых соответствовал варианту технологии, отличаищимуся либо значениями оптимизируемых параметров, либо условиями ведения очистной выемки.

При этом ширина захвата комбайна варьировалась от 0,2 м до вага передвижки секции крепи; схема работы комбайна - челиокаьаи и нст»пная ..ли односторонняя; способ крепления лавы - последовательный, последовательно-шахматный и последовательно-диагональный; способ выполнения концевых операций - косыми заездами, фронтальная самозарубка, задвижка комбайна в нишу или свободное пространство участковой подготовительной выработки.

Оптимизационные расчёты выполнены при изменении сонропшля емости разруваемого массива резании от 100 до 300 к11'м и устой чивости призабойного пространства, численно равной коэффициенту готовности элемента "пласт", от 0,95 до 0,5 для механизированных комплексов 1УК11 с комбайном НИ 1КГ. ЫК75 с комбайном 1ПЬВ, 20К11Я' с комбайном КаЗИ, КЫ130 с комбайном КШЗЫ и 2УКП с комбайном КЩ3.

В качестве исходных данных для расчёта каждого варианта технологии используются около 50 показателей, характеризующих условия очистной выемки. При зтом дда базового варианта технологии, т.е. с обычно применяемыми на практике параметрами очистной выем ки, затраты времени на выполнение отдельных операций и перерывов в технологическом цикле, показатели надёжности по элементам под,-

Участковая себестоимость, ||

руо/т

¿ксплуатацмоюше расходы, руб/сут

Заработная плата руб/сут

Нагрузка па очистной, забой, г/сут

1

1

Амортизация, руб/сут

Электроэнергия, { Материалы, |

руй/сут руо/сут | |

Интенсивность очистной выемки (средняя призводителыгасть комбайна за выемочный цикл),'т/мин

Надёкность очистной выемки (коэффициент готовности подсистема "очистной забой")

1 I Скорость подачи и } | 1 Спрость | ! Скорость ! г; ..........! ! постоянные ( ; ! Переменные

1 производительность | ! крепления ) передвкдки | | затплты ! | затраты

! комбайна | | лави 1 ! 1 конвейера > • времени > | времени

| Средняя падаль 11 Средняя сопротивляемость эахемиия угля 11 резанию разрдиаеиого

породой э лаве |1 массива

Способ | | Способ выполнения | | ьхела 'крешкйвш < канцевкх I | раоотн » ) ': операций I 1 коабаЖв

| | ксмба

I Т;:п |! Амплитуда | «едувекия 11 наруэомия

Угол встречи || Сопротивляемость

лавы || гезонил -с наочаениём !| присекаешх пород

Сптюкздздемю параюгтрн ::0м1шекси0-мйхаяиэ;ф08аш:0й хоюмймной ммикч

гры тектонических

Рус. 2 Сход лэдуц п^ло.-трсн >лъст1гй участкпрр.а сеиесгожость

сисгемн "очистной забой", а такяе эксплуатационные затрате по элементам себестоимости устанавливались на основе Фактических данных по очистным забоям шахт ГШ "Карлгандауголь".

Результаты проведенных оптимизационных расчётов позволили сделать следующие выводи:

- эффективность кошмькино-мехаипэированноА комбайновой выемки при-разработке ипруярнннх пластов в значительной мере зависит от ширины захвата комбайна:

- при оптимизации только ширины захвата комбайна оптимальное её значение изменяете на ненарушенных участках выемочного поля в. диапазоне 0,3 - 0,7 м, а на нарушенных - 0.2 - 0,3 м. При этом определенной устойчивостью оптимальное значение обладает только лишь на нарушенных участках выемочного поля, где в большинстве случаев оно равно 0.3 - 0,4 м. Снияение себестоимости на нарувен-1шх-участках выемочного поля составит в среднем 8 2,'а на нарушенных - 32 7. \

- при оптимизации ширины захЕата комбайна, схемы его работы, способа крепления лави и способа выполнения концевых операций были выявлены устойчивые их сочетания, которые обеспечивают эффективную работу механизированных комплексов в вироком диапазоне горно-геологических и горно-технических условий. В больвинстве случаев как на ненарушенных, так и нарушенных участках выемочных полей -оптимальными параметрами очистной выемки являются: ширина захвата комбайна равная половине шага передвияки секции крепи; схема работя комбайна - челноковая; способ выполнения концевых операций - задвикка комбайна в ниву или свободное пространство участковой подготовительной выработки. При этом снияение себестоимости на ненарушенных участках выемочного пгля составит в среднем 33 '/., а нз нарушенных - 52 У. .

Годовой экономический эффект от оптимизации параметров комплексно-механизированной комбайновой вйемии существенно зависит от степени наруаенности выемочного поля и согласно проведенным расчётам он может достигать 400 тыс.р. • по одной лаве ( в ценах ■ 1991 г. ).

По результатам '.«следований были разработаны рекомендации по совершенствовании технологии и средств механизации очистной вывм-ки при отработке нарушенных пластов, которые заключаются в следующем: '

- выбор варианта технологии и определение оптимальных параметров .комплексно-механизированной комбайновой выемки должны основываться На результатах оптимизационных расчётов для условий конкретного выемочного поля ( столба );

. - представляет большой практический интерес технология комбайновой выемки с шириной захвата комбайна меньше и кратной шагу передвиакн секции крепи, которая обеспечивает возмояшость применения эффективных способов крепления лавы и выполнения концевых операций,, а также обладает значительными потенциальными возможностями по повышению интенсивности, надёжности и автоматизации технологических процессов в лаве:

- целесообразно применение одношнековых и двуханековых коы-бейков с неСольвим меавнековым расстоянием и небольшой длины ( шшгодвнгательные комбайны ), которые хорошо вписываются в сло-«нув ютсомзтрив пласта в зоне тектонических нарушений и обеспечивают возмоаиость выполнение концевых операций в участковой подготовительной выработке или ш.яе небольшой длины:

- необходима иметь типовой ряд внеков с различной шириной ззхвата и другими параметрами, оЗеспечипаащиии эффективное разру-в^ийг к пагрузкд горной м-зссн в зонах тектонических нарушений:

- узлы крепления гидродсшкратов передвикки к секциям крепи и лавному конвейеру доЛкны обеспечивать переменный наг передвиа-ки и возмонность применения последовательно-шахматного и последовательно-диагонального способов крепления лавы*,

- целесообразно применение лавнцх конвейеров с центральным расположением тяговых цепей и плавным изменением тягового усилия и скорости двиаения цепи, что обеспечит повыиение надёжности работы конвейера в зона наруиенкй, а такге при аккумулировании отбитого угля в призабойном пространстве лавы;

- подготовку нив осуществлять средствами механизации, разработанными на базе скалывателей, ударников, бурошнековой установки или исполнительного органа проходческого типа, расположенных в участковой подготовительной выработке, при отработке тонких и средней мощности пластов.. Подготовку ниа на мощных пластах осуществлять с помощью вспомогательного комбайна или исполнительного органа проходческого типа, расположенных на ставе лавного кснвей-ера, или исполнительного органа, закреплённого на секциях крепи.

• ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа является научным трудом, в которой содержится новое решение задачи обоснования параметров комплексно-механизированной комбайновой выемки при отработке иаруавиных пластов, позволившее разработать рекомендации по совершенствованию технологии и средств механизации очистной выемки,

(JcHOBHue результаты диссертационной работы замечаются в следующей:

1. Установлен», что максимальная теоретическая производи-

тельность комбайнов обеспечивается в зависимости от условий эксплуатации при ширине захвата, изменяющейся в диапазоне 0,2-0,6 ы. При сопротивляемости разрушаемого массива резании ¿00 кН/м ато значение вирины захвата равно для комбайна КШ1КГ - 0,3 ы, 1ГШ68 и КШЗМ - 0,4 м, 2К113 - 0,2 м. При атом производительность комбайнов увеличивается по сравнении с комбайнами, имеющими стандартную ширину впекав, в среднем в 1,4 - 2,6 раза.

2. Уменьшение ширины захвата до 0,3 ы позволяет повысить скорость крепления'лавы на 31 - 50 X. Переход от последовательного способа крепления лавы к последовательно-шахматному увеличивает скорость крепления в среднем на 24 - 30 X, а к последовательно-диагональному - на 42 - 50 У..

3. Уменьшение вирины захвата комбайна не приводит к сущвст-

К

венноыу нзыанеиию технической производительности комбайна на кон-

%

цевых участках лавы фиксированной длины.

4. Коэффициенты готовности отдельных элементов подсистемы "очистной забой" на ненарушенных участках выемочных полей изые-

^ няется, как правило, в диапазоне 0,85 - 0,93. На нарушенных учас-

тках выемочных полей они снимается до 0,6 - 0,8 и в значительной степени зависят от параметров тектонических нарушений. Установлено, что существует тесная взаимосвязь мешду статистическими характеристиками надёшности элементов подсистемы "очистной забой" и средней площадью замецения угля породой в лаве.

5. Прадловоны метод и зависимости расчёта надёгности очисткой выемки при отработке нарушенных пластов, учитывающие параметры тектонических нарушений и случайный характер встречи лавы с нарушением.

6. Разработана экономико-математическая модель очистного за-ооа, позволявшая оптимизировать параметры комплексно-механизиро-

ванной комбайновой внемкн при разработке нарушенных пластов.

7. Оптимизация толы:ч ширины захвата комбайна в условиях шахт Карагандинского бассейна показала, что оптимальное её значение на ненарушенных участках' выемочного поля изменяется н диапазоне 0,3 - 0.? м. а на нарушенных - 0,2 - 0,5 м. При этом определённой устойчивость«] оптимальное значение обладает только лишь на нарушеиннх участках выемочного поля, где в большинстве случаев оно равно 0;3 - 0.4 м. Среднее снижение себестоимости добычи угля на ненарушенных участках выемочного поля в зависимости от применяемого оборудования составит 4,3 - 18 '/., а на нарушенных участках оно соответственно состарит 27,1 - 45,8 "/..

8. Оптимизация ширины захвата комбайна, схемы его работы, способа крепления лавы и способа выполнения концевых операций в условиях шахт Карагандинскоги бассейна позволила выявить достаточно устойчивые нх сочетания, которые ойвспвЧивают наиболее эффективную работу механизированных комплаксов в широком диапазона горно-геологических и горно-технических условий. В большинства случаев как на ненарушенных, так и нарушенных участках выемочных полей оптимальными параметрами очистной выемки'являются: ширина захвата комбайна равная половине шага пвредвияки секции крепи; сХ'Т--ма работы комбайна - челноковая; способ выполнения концевых операций - злдпиака комбайна в пику или свободное пространство участковой подготовительной выработки. Среднее сникение себестоимости дпбичи угля на неиаруипнных участках выемочного поля в зависимости ог приминаемого оборудования составит 1(5.3 - 41,7 '/., а иа'на-рчтепннх - 42.5 - 63,-8 /.. Гпдпвой экономический эффект от работы чрхлиигшрп. .ншых комплексов с оптимальными параметрами моает достигать '100 тле.р. по одной лапе ( в ценах 1391 г. ),

У 1о результатам исследовании разработаны рекомендации по

совершенствованию технологии и средстЕ. механизации очистной выем-..и при отработке нарушенных пластов, иаправленнме на повышение интенсивности и надёжности технологических процессов в лаве.

10. Результаты р'боты были использованы при разработке: "Нормативов нагрузки на очистные забои действуввих угольных шахт при различных горно-геологических условиях и средствах механизации выеики", утверждённых йинуглепроном СССР в 1982 году; "Временных нормативов продолжительности монтажа (демонтажа) оборудования участка с комплексно-механизированным забоем", утверждённых Мин-углеромом СССР в 1985 году; "Рекомендаций по способам и технологии подготовки и отработки угольных пластов для пересмотра проекта гор. -260 м вахты "Стахановская", выполненных институтом КНИУИ по заказу института'"Карагандагипрошахт" в 1987 гиду; "Методики определения оптимальных параметров очистной выемки при разработке нарушенных пластов", утвервдённой ПО "Карагандаугсль" в 1991 году Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Влияние горно-геологических и горно-технических факторов на освоение проектной мощности вахт Карагандинского бассейна.- В сб.

'•"Исследования новых технологических схем разработки и охраны угольных и калийных месторовдекий". - Караганда: КарПТИ, 1S79, с. 45 - 47 ( Соавторк Адилов H.H., Иуров В.М. );

2. Эффективность использования комплексно-механизированных забоев в пускоеой период. Добыча угля подземным способом. Hay-.-техн. реф. сб. / М., ЦНЙЗИуголь, 1981, N 12, с. 22 - 24 ( Соавторы Р.ди-лов К.Н., йчров В.М., Тигай ñ.X. );'

3. Оптимизация параметров очистной выемки при разработке каруиен-нмх пластов. - В сб. научн. трудов "Оптимизация и автоматизация проектных розшний в горном деле". - Навосибирси, ИГД СО ЙН СССР.

1УЙ7. с, УЗ - 'J4 ( . Соавтор Мурой U.M. );

4. Влияние нпрушеннпсти угольных пластов на эксплуатационную зольность.- В cfi. науч. трудов "Совершенствование технологии и повышении эффективности разработки угольных пластов Карагандинского бассейна", Караганда. КНИ'Ш, 1988, г, Iii - 22 ( Соавторы Попов К.II., Никулин В.Г. 1;

Г), ипрндоление оптимальных параметров очистной вые»-чи при разработке норушпнных пластов.- М., 1930. - 13 с. - Рукопись представлена Всесоюзным научно-исследовательским и проектно-конструнторс-ким угольным институток ( КНИНИ ). Деп, в ИНИ-ЭИуголь 2 ииля 1УУ0 г.. N 5100;

С, Влияние тектонической иэруиенности пластов на эффективность комбайновой выемки. // Тезисы докладов региональной научно-тохни-ческой конфяршщии "Разработка новых и совврпенствованме существующих средств и способов безопасной выемки угля в усложняющихся условиях'. - Караганда, 1931, с, 18 - 13.

Личный вклад соискателя н опубликованных в соавторстве работах заключается:

/ !, ,'./ - я анализе влияния горно-геологических и горно-технических факторов на интенсивность и надёжность очистной выемки;

/ 3 / - в разработке экономико-математической модели оптимизации параметров комплексно-механизированной комбайновой выемки при отработки ¡шрушенннх пластов',

/ 4 / - в разработке методики определения сродней площади .мнящими« угля породой Ii лапе при переходе тектонического нару-'¡и'Н'лч механизированным комплексом,

// '

Подписана в печать 16.02.93 Зак. N 18S Тираж 100 экз. Ротапринт КНИНН. Караганда, ?5, б. Пира, ТА-а.