автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование параметров устройства регулируемого выпуска угля в механизированной крепи для выемки мощных пластов

КУБАНЫЧБЕК уулу Бакыт

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА РЕГУЛИРУЕМОГО ВЫПУСКА УГЛЯ В МЕХАНИЗИРОВАННОЙ КРЕПИ ДЛЯ ВЫЕМКИ МОЩНЫХ ПЛАСТОВ

Специальность 05.05.06 - «Горные машины»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск 2005 г.

КУБАНЫЧБЕК уулу Бакыт

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА РЕГУЛИРУЕМОГО ВЫПУСКА УГЛЯ В МЕХАНИЗИРОВАННОЙ КРЕПИ ДЛЯ ВЫЕМКИ МОЩНЫХ ПЛАСТОВ

Специальность 05.05.06 - «Горные машины»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических «аук

Новосибирск 2005 г.

М4? зз

Работа выполнена в Институте горного дела Сибирского отделения Российской академии наук

Научный руководитель - доктор технических наук

ЮТИШИН Владимир Иванович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук

КУЛАКОВ Геннадий Иванович

- кандидат технических наук ДОБРИЯН Александр Александрович

Ведущая организация: - Институт угля и углехимии СО РАН

(г. Кемерово)

Защита диссертации состоится « 03 » июня 2005 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 003.019.01 при Институте горного дела Сибирского отделения Российской академии наук (630091, г. Новосибирск, Красный проспект, 54).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГД СО РАН. Автореферат разослан "22" апреля 2005 г.

НАЦИОНАЛЬНАЯ I бИВЛИОТЕКА I

i iyyavj

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Федулов А. И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Около 50 % мировых промышленных запасов угля залегают в пластах мощностью свыше 4 м. В России в одном только Кузнецком угольном бассейне балансовые запасы угля в мощных пологих и наклонных пластах составляют 47,8 млрд. т.

Слоевая технология отработки мощных пластов, в данных условиях приводит к большим потерям угля и как вследствие, опасности возникновения -эндогенных пожаров. Взамен традиционного разделения их на наклонные слои, применяются технологии разработки с выпуском угля подкровельной или межслоевой толщи, использующие силы горного давления для сокращения затрат на добычу. Для их реализации предложены и созданы механизированные комплексы с выпуском на завальный и забойный конвейера, обладающие дополнительными функциями по управлению процессом извлечения угля, находящегося над крепью или обрушающегося позади нее.

Преимущества технологии заключаются в значительном сокращении объемов подготовительных работ, капитальных и эксплуатационных затрат, энергоемкости системы, снижении опасности самовозгорания угля, а также возможности разработки указанных пластов в сложных условиях и извлечение запасов из оставленных ранее охранных целиков.

Наряду с очевидными преимуществами технологии с выпуском угля, известны и трудности ее реализации. В первую очередь это относится к требованиям полноты выпуска угля, механизации работ по его осуществлению, обеспечения безопасности и эффективности работы очистного забоя. Потери угля в обрушенном пространстве лавы приводят к самовозгоранию угля. Кроме того, при выпуске угля происходит перемешивание его с обрушенными породами кровли, что повышает зольность. Это потребовало изучения процесса выпуска угля через выпускные окна в секции механизированной крепи. Решение проблемы тесно связано с разработкой принципиально новых механизированных крепей, обеспечивающих управляемый площадной выпуск угля по всей длине лавы одновременно из нескольких секций.

Поэтому работа, связанная с обоснованием механизированной крепи с регулируемым выпуском угля и её параметров является актуальной.

Цель работы состоит в обосновании параметров устройства регулируемого выпуска угля в механизированной крепи, обеспечивающей выпуск подкровельной (межслоевой) толщи с минимальными потерями и зольностью угля.

Идея работы заключается в использовании питателей в конструкции механизированных крепей обеспечивающих управляемый площадной выпуск угля по всей длине лавы.

Задачи исследования:

• Разработать методику проведения лабораторных исследований и установить закономерности параметров выпуска механизированной крепью с выпуском угля на завальный и забойный конвейера;

• Обосновать параметры устройства регулируемого выпуска угля на забойный конвейер;

• Разработать рекомендации по отработке мощных пластов механизированной крепью с регулируемым выпуском угля.

Методы исследований: анализ и обобщение технологии разработки мощных пластов и научно-технического развития средств механизации выпуска угля, лабораторные исследования процесса выпуска на завальный и забойный конвейера.

Научные положения, защищаемые автором:

• при выпуске угля на завальный конвейер образуются индивидуальные зоны потока с фигурой выпуска в виде клина, и шириной на уровне выпускного окна до 800 мм;

• управляемый площадной выпуск угля по всей длине лавы на забойный конвейер обеспечивается установкой регулируемых по производительности питателей на каждой секции крепи;

• перемещения питателя в сторону завала и установка его под углом 10+20° к горизонту в сторону разгрузки при его ходе равном 1/4+1/10 ширины ленты лавы приводит к росту величины зоны потока и производительности выпуска;

Достоверность научных результатов обеспечивается достаточным объемом лабораторных исследований взаимодействия механизированных крепей с выпускаемой подкровельной толщей угля; применением современной аппаратуры и методов обработки результатов.

Научная новизна:

• экспериментально установлена фигура выпуска и ширина зоны потока угля на уровне выпускного окна при работе завального конвейера;

• разработана принципиальная схема секции механизированной крепи с регулируемым по производительности питателем, позволяющим обеспечить управляемый площадной выпуск угля по всей длине лавы;

• определено влияние параметров устройства регулируемого выпуска у1 -ля в механизированной крепи на производительность и ширину зону потока.

Личный вклад автора состоит в создании стендов для экспериментальных исследований, проведении лабораторных исследований по определению параметров механизированных крепей с выпуском на завальный и забойный конвейера, обобщение их результатов, а также разработке принципиальной схемы механизированной крени с устройством регулируемого выпуска подкровельной (межслоевой) толщи угля на забойный конвейер, обосновании его параметров.

Практическое ценность работы состоит в обосновании принципиальной схемы механизированной крепи для выемки мощных угольных пластов с регулируемыми по производительности питателем (патент РФ на полезную модель № 39913); результаты лабораторных исследований позволяют улучшить условия труда и снизить потери и зольность угля, а также затраты на отработку мощных пластов и повысить технико-экономические показатели очистных работ за счёт использования питателей в конструкции механизированных крепей обеспечивающих управляемый площадной выпуск угля по всей дайне лавы.

Реализация работы в промышленности. Научные результаты переданы для использования в проекте подготовки и отработки пластов ГУ-У-УТ шахты ОАО «Разрез Сибиргинский».

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на научных семинарах лаборатории подземной разработки угольных месторождений ИГД СО РАН, на кафедре горные машины и электрооборудование в КГ-МИ (Кыргызстан, г. Бишкек), на Международной конференции «Динамика и прочность горных машин» (Новосибирск, 2003 г.), на «Неделях горняка» (Москва, 2003, 2005 гг.), на международных конференциях: «Повышение эффективных показателей транспортных, строительно-дорожных мапшн и коммуникаций в условиях высокогорья и жаркого климата» (Кыргызстан, Бишкек: КГУСТА, 2003); «Тюрко-согдийский синтез и развитие проблемы культурного наследия» (Кыргызстан, Ош: КУУ, 2004); «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» (Новокузнецк, 2004); «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности» (Кемерово, 2004).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 9 печатных работах, включая патент РФ на полезную модель.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введепия, пяти разделов, выводов, списка литературы. Общий объем работы составляет 113 страниц, в том числе 39 рисунков, 7 таблицы. Список литературы содержит 85 источников.

Автор выражает глубокую благодарность за помощь и поддержку работы кандидатам технических наук В. Н. Власову, Ю. С. Фокину, Д. И. Кокоулину сотрудникам лаборатории подземной разработки угольных месторождений и лаборатории механики сыпучих сред ИГД СО РАН.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулирована цель работы, перечислены основные результаты, выносимые на защиту, и описана структура диссертации.

В первой главе представлено современное состояние изученности технологии и развития средств механизации выемки мощных пологих пластов с выпуском угля, показано, что дальнейшее совершенствование технологии и развитие механизированных крепей с выпуском угля направлено на поиск и реализации новых технологических решений по эффективной разработке мощных пластов. В настоящее время накоплен обширный материал в области исследования средств механизаций с выпуском угля.

Наиболее существенный вклад в формирование представлений о геомеханических процессах, протекающих при ведении горных работ па мощных пластах, взаимодействии механизированных крепей с выпускаемой голицей угля, управлении горным давлением, а также в разработке и внедрении прогрессивных технико-технологических решений внесли Бернацкий В. А., Брашн В.

Е., Бычков Ю. Н, Грицко Г. И, Гапанович Л. Н., Гринько Н. К.. Громов Ю В., Егоров Г1. В., Зайденварг В. Е., Жс[есов С. С., Калинин С. И.. Курленя М. В, Козовой Г. И., Клишин В. И., Мышляев Б. К., Малышев Ю. Н., Саламатин А. Г., Савченко П. Ф., Шундулиди И. А., Фрянов В. Н., Фокин Ю. С., Худин Ю. Л. и другие ученые.

Среди проблем, связанных с исследованием средств механизации с выпуском угля важное место занимает проблема полноценною извлечения угля находящегося над крепью, а также взаимодействие механизированных крепей с выпускаемой толщей угля.

Для предотвращения потерь, самовозгорания угля и обеспечения безопасного ведения горных рабо! во ВНЙМИ обоснованы варианты технологии, из которых наиболее предпочтительными следует считать: вариант отработки пласта на всю мощность с одним подсечным слоем и выпуском уыя из подкровельной толщи; с предварительной отработкой монтажного слоя и выпуском угля из межслоевой юлши. Извлечение угля без потерь и разубоживания возможно при обеспечении выпуска угля по всей длине лавы одновременно из всех секций. Тогда контактная граница уголь - порода опускается одновременно, т.е. обеспечивается площадно-управляемый выпуск.

В мировой практике применяют два варианта технологи выемки средствами механизации с выпуском подкровельной (межслоевой) толщи угля-на забойный скребковый конвейер (рис. 1) отрабатываемого слоя, примененный в комплексах КТУ, КНКМ (Россия), УНР-731 (Венгрия) и др. и на дополнительный завальный скребковый конвейер (рис. 2), расположенный в завальной части лавы, например, комплексы (ЖПВ-70. КМ81В (Россия), (Китай) и другие. Особенности первой технологии заключаются в расположении выпускного отверстия вблизи от забоя, чго позволяет иметь небольшой размер секции крепи по длине, но не обеспечивает необходимой подготовки угля выпускаемой толщи к самообрушению из-за малого расстояния от забоя до люка. Поэтому даже при слабом угле возникает необходимость в его дополнительном разрыхлении. Кроме того, выпуск угля сопровождается значительным пылеобразованием, что повышает опасность и трудоемкость работ.

Во второй технологии, при выпуске угля на завальный конвейер создаются благоприятные условия, обеспечивающие деформирование и разрушение подкровельной толщи. Однако это приводит к значительному увеличению размеров секции крепи, а введение дополнительного завального конвейера усложняет конструкцию крепи и перегрузочного устройства на сопряжении лавы с конвейерным штреком, что затрудняет его обслуживание.

Рис 1 Комплекс с выпуском упя в верхней Рис 2 Комплекс с выпуском угля у части ограждения на забойный конвейер почвы пласта на адвальный конвейер

Кроме перечисленных частных недостатков, оба варианта обладают общими недостатками - при выпуске самообрушающегося угля под действием собственного веса через выпускное окно, создается ограниченный размер потока в обрушенном угле, что увеличивает потери и зольность крупнокускового угля. Эффективная работа комплексов в значительной степени зависит от правильно выбранных параметров механизированной крепи, местоположения выпускных окон, типа крепи, а также способа выпуска угля.

Исследования в области выпуска сыпучих материалов в разные периоды проводили В. Р. Именитов, Г. М. Малахов, Э. В. Дженике, Н. Г. Дубынин, С. Б. Стажевский, А. А. Крамаджян и другие. Установлено, что эффективная площадь выпускного отверстия - есть часть его общей площади, через которую фактически вытекает сыпучий материал, когда работает выгружающее устройство или когда открыт выпускной затвор. Во многих случаях эффективная площадь занимает только часть всего выпускаемого отверстия, иногда довольно малую. Подобная ситуация возникает и в случае, когда по существующей технологии отработки мощных пластов по длине лавы в механизированном комплексе с выпуском угля на завальный конвейер при увеличении количества открытых затворов отсутствует возможность площадного управляемого выпуска угля и повышения производительности (рис. 3). Вследствие этого имеют место значительные потери и зольность угля.

Рис. 3 Эффективная площадь выпускного отверстия при выгрузке угля с помощью завального скребкового конвейера

Выполнение площадно управляемого выпуска, возможно при выпуске угля на забойный конвейер с установкой в каждой секции крепи питателей. Это позволит управлять процессом перемещения самообрушающегося угля над секциями механизированной крепи, что обеспечить площадной принудительный выпуск угля регулируемыми по производительности питателями и, как следствие, высокую производительность, минимальные потери и зольности угля.

Во второй главе описана методика лабораторных исследований по определению параметров механизированных крепей с выпуском угля из подкро-велыюй толщи. Стенд I и II представляли собой металлический каркас и имитировали в масштабе 1:25 выемочный участок горизонтального пласта мощностью 6,5 м. Для визуального наблюдения формирования фигуры выпуска пе-

редняя стенка, сделана из органического стекла толщиной 6 мм, задняя - из фанеры. Материалом служил уголь фракции 3+20 мм и щебенка (гранит) с фракцией 10+25 мм. В качестве основного метода изучения закономерностей выпуска использовался метод, основанный на наблюдении и фиксации положения отдельных частиц и прослоек сыпучего материала на контакте с прозрачной стенкой модели. Методика исследований состояла в следующем. Стенд по всему ее горизонтальному сечению, на высоту 24 см, (что в масштабе составляет 6 м) загружалась углём. Для удобства наблюдений за процессом движения и фиксации выпуска горизонтальные слои угля через 3 см на определенных уровнях насыпались окрашенными прослойками магнетита, толщиной 1 см. В качестве горной массы, имитирующей давление покрывающих пород засыпали щебенку, высотой 24 см (в масштабе 6 м). После выпуска каждой окрашенной полосы, выпущенный уголь взвешивался на торговых весах. Измерялись ширина зоны потока угля и фигура его образования на всех прослойках и каждое положение фотографировалось.

В третьей главе описаны результаты лабораторных исследований параметров механизированных крепей с выпуском подкровельной (межслоевой) толщи угля на завальный и с управляемым выпуском на забойный конвейеры. Лабораторные исследования проведены для определения технических возможностей принципа управления процессом выпуска подкровельной толщи угля, предусмотренном в крепи поддерживающего типа, например, ТРБ производства КНР. Начальные опыты проведены при различных высотах шиберного затвора, с соблюдением условия проходимости негабаритов угля определяемого отношением сечения выпускного окна к максимальному размеру выпускаемого материала. В рудной промышленности отношение сечения выпускного окна к максимальному диаметру кусков руды рекомендовано не менее 5+7, в то время как для угольных шахт это соотношение равно 4+5. Зависимость производительности выпуска угля от ширины зоны потока угля и высоты шиберного затвора приведены в таблице 1.

Таблица 1

Зависимость производительности выпуска угля от ширины зоны

потока угля и высоты шиберного затвора

№ опыта H - высота окна (шиберного затвора), мм N - ширина зоны потока на уровне выпускного окна, мм EQ - Извлечено угля (без разу-боживания), гр II >d - —SE- ~ max ^

1 1200 (48) 750 (30) 14450 (578) 250 (3+10)

2 900(36) 575 (23) 14125 (565) 180(3+7)

3 600(24) 500 (20) 13325(533) 120 (3+5)

* Размеры в скобках - соответствуют размерам в модели.

Наилучший показатель ширины зоны потока на уровне выпускного окна (шиберного затвора) получен при выпуске угля при максимально открытом затворе 1200 (48) мм. С уменьшением высоты окна до 600 (24) мм, сужается пш-

рина зоны потока. Дальнейшие опыты для этих же параметров проведены с крупнокусковым углём с фракций от 50 до 750 мм. Мощность пласта составляла 6 м, подкровельной толщи - 3 м. В качестве породы использовался гранит крупностью < 500 (20) мм. При высоте шиберного затвора 1200 (48) мм и крупности угля 50+750 (3+30) мм. Процесс выпуска начинался одновременно с движением скребкового конвейера заполненного углем. Сразу же на уровне шиберного затвора образовалось зависание угля (см. рис. 4, а). На практике, в таких случаях двигают шиберным затвором с помощью гидродомкратов, при испытании на модели обрушение зависшего угля имитировалось с помощью прута. При обрушении было видно, что на высоте 3500 (140) мм образовалось пустое пространство. При этом дальнейший выпуск угля под собственным весом и покрывающих горных пород не наблюдается, в связи с образованием куполов угольного массива, которые искусственно обрушили с помощью специальных устройств (см. рис. 4, а). Наблюдения показали проникновение кусков породы в пустые пространства при выпуске угля, образовывающие собой фигуру выпуска в виде клина (см. рис. 4, б, в). Угол клина со стороны забоя составляет 74° со стороны завала - 64 . Ширина зоны потока на разных высотах шиберного затвора колебалась в пределах 600+800 (24+32) мм, а на верхнем уровне подкровельной толщи - 3875+4250 (155+170) мм.

Рис. 4 Исследование процесса выпуска угля из подкровельной толщи на завальный

конвейер механизированной крепи типа ТРв

Опыты с крупнокусковыми углями показали низкую эффективность работы механизированных крепей с выпуском на завальный конвейер. При засыпке стенда углем, при максимально открытом шиберном затворе (Н=1200 мм) уголь под естественным откосом вываливается за рештаком с забойпой стороны. Из-за постоянного зависания крупнокускового угля и необходимости ликвидации зависаний с помощью специальных устройств, полноценный его выпуск не гарантируется. Частое куполооброзование угля пад щитом, специальные технические приемы и средства его ликвидации создают небезопасную среду.

Установлено, что при выпуске угля на завальный конвейер образуются индивидуальные зоны потока с фигурой выпуска в виде клина, и шириной на уровне выпускного окна до 800 мм, а увеличение количества открытых затворов из нескольких секций не обеспечивает одновременный площадный выпуск угля по длине лавы, вследствие этого, происходит частые зависания и значительные потери угля.

Установкой регулируемых по производительности питателей на каждой секции крепи достигается управление процессом одновременного, площадного выпуска угля по длине лавы, тогда при выпуске контактная граница уголь - порода будет опускаться вертикально и параллельно почве пласта, что обуславливает минимальные потери угля. Исследования параметров механизированной крепи с принудительно-управляемым выпуском угля на забойный конвейер проводились на плоском стенде (рис. 5).

Оценивалось влияние конструктивных параметров питателя механизированной крепи с принудительным выпуском самообрушающегося угля на характер изменения параметров фигуры выпуска. При этом определялось производительность выпуска в зависимости от параметров механизированной крепи с регулируемым выпуском угля и его кусковатости.

СМ (/,А, у, Н, Ъ, Ъ, а, К)

(1)

где <3 - производительность выпуска;

/ - место положение питателя относительного выпускного окна;

А - длина хода питателя;

/

у - угол наклона задней ограждающей части механизированной крепи;

Н - высота выпускного окна; 2 - заслоп;

8 - высота рифлений питателя;

а - угол наклона питателя;

К - кусковатость угля.

Поскольку изучение функции О в таком виде является достаточно трудоемкой, исследуем её аргументы по отдельности. Ширина зоны потока N на уровне выпускного окна и объем выпушенного угля V, являются функциями от Н, А,/.

Рис. 5 Принципиальная схема стенда П

Для определения влияния места положения питателя относительно выпускного окна на процесс выпуска, было выбрано пять точек. /=0; 315; 630; 875; 945 мм. При этом постоянными значениями были: высота выпускного окна (Н=1000 мм); ширина выпускного окна (В=1000 мм); ширина рабочего органа (875 мм); ход питателя (Л =200 мм).

Для удобства наблюдений за процессом движения и фиксации выпускаемой массы горизонтальные слои угля на определенных уровнях были разбиты на Д частей. Каждая i-тая часть выпушенного угля обозначался символом V,, где i = 1, ...., Д. Таким образом, весь объем выпушенного угля V описывается в виде следующей суммы:

(2)

м

Для того чтобы извлечь объем угля V, необходимо совершить п, ходов питателя. Следовательно, для извлечения всего объема угля V необходимо п ходов.

А

w=2>. о)

/=i

Результаты замеров ширины зоны потока N на уровне выпускного окна, объем выпушенного угля V и сумма ходов питателя п, полученных при опытах, приведены на рис. 6.

Рассмотрим более подробно поведение функции N и V. При фиксированных Н, h, А вышеуказанные функции становится линейными относительно I. С перемещением питателя относительно выпускного окна от 0 до 945 (/, мм), увеличивается ширина зоны потока на уровне выпускного окна и объем выпушенного угля. Это подтверждается результатами экспериментальных исследований, (см. рис. 6).

200 ■

0 --1-1 | I |-■-1

0 315 630 945 I. мм

Рис. 6 Изменение ширины зоны потока (I) и объема выпушенного угля (2) в зависимости от места положения питателя

Увеличение производительности и полноты выемки верхней толщи угля могут быть достигнуты за счет перемещения питателя в сторону завала, т.е. уг-

леприемная часть рабочего органа должна располагаться под зоной потока угля.

Аналогичным образом проводили опыты по определению влияния длины хода питателя А на процесс выпуска. Установлено, что увеличение длины хода питателя ведет к уменьшению количества его ходов и повышению производительности выпуска самооб-рушающегося угля. Зависимость величины п от А выражается обратно пропорциональной функцией следующего вида:

где 2100 - const (из результатов экспериментальных исследований было определено значение этого коэффициента). Данная функция является непрерывной монотонно убывающей функцией (рис. 7).

Исследования покачали, что при углах наклона ограждения крепи 80°+90°, образуется устойчивая зона потока. Увеличение угла наклона до 90°; 110°. изменяет фигуру выпуска за контуром ограждения крепи, при этом ширина зоны потока на уровне выпускного окна не меняется Таким образом, установлено, что ширина зоны потока не зависит от yi ла наклона ограждения механизированной крепи.

С увеличением размеров выпускного окна с 500 до 1000 мм линейно возрастают N и V. Дальнейшее увеличение Н с 1000 до 2500 мм, показало обратное, т.е. уменьшение N и V, это происходит, при работе питателя с гладкой поверхностью. Чем больше высота выпускного окна, тем больше потери угля с завальной стороны питателя, вследствие проскальзывании угля на гладком питателе, что создает, неподвижную зону. Следовательно, одним изменением высоты выпускного окна механизированной крепи невозможно снизить потери угля.

Для выяснения характера влияния заслона и зубцов питателя и других факторов на показатели извлечения были произведены специальные опыты по выпуску угля из модели с применением цепного заслона и клиновых рифлений. Заслон, закрывающий выпускное окно, выполнен в виде элементов, соединённых цепями, и подвешен на выпускном окне. Опыты показали, что применение гибкого цепного заслона придерживает хорошо просматриваемый вертикальный слой угля, обеспечивает автоматическое открытие выпускного окна на нужное сечение, что позволяет контролировать, а также обеспечить безопасность управления выпуском самообрушающегося угля. Для уменьшения за-

250 200 150 100 50

о

«>207

N*142

43

100 200 300 400 500 600

А, мм

Рис. 7 Изменение количества ходов питателя в зависимости от длины хода

и = -

2100

(4)

стойных зон при принудительном выпуске угля после самообрушения, необходим питатель с рифлениями. На стенде монтировался питатель, выполненный в виде жесткой плиты, снабженной рифлениями в количестве от трёх до восьми штук с высотой от 75-И 25 мм. Установлено, что чем больше рифлений, тем меньше вероятность образования застойной зоны потока угля и больше ширина зоны потока на уровне выпускного окна. Для обеспечения равномерного движения угля по длине желоба расстояние между рифлениями должен быть на 5-ь30% меньше величины хода питателя. Это компенсирует процесс расширения и сжатия угля при смене направления движения питателя, при этом стабильность процесса движения нарастает.

С изменением угла наклона питателя изменяется характер и закономерности движения частиц угля, а также величина ширины зоны выпуска и как следствие, изменяются показатели извлечения угля. Проведенные опыты по установлению влияния угла наклона питателя а на показатель извлечения Г) при неизменных остальных параметрах (/, А, у, Н, Ъ, 8) показали, что наилучшие показатели извлечения достигаются при углах наклона 1СН-200. Установлено, что с увеличением угла наклона -а увеличивается производительность питателя О (рис. 8) и ширина зоны потока на уровне выпускного окна N (рис. 9).

2150

10 15 градус

Рис. 8 Изменение производительности в зависимости от угла наклона питателя

градус

Рис. 9 Изменение ширины зоны потока в зависимости от угла наклона питателя

При угле наклона менее 10° на завальном конце питателя образуется застойная зона. Поток угля под действием собственного веса пережимает движущийся уголь к питателю. При увеличении угла наклона с 10° до 15° уменьшается застойная зона на его завальном конце. Увеличение угла наклона питателя с 15° до 20° приводит к смещению самообрушающего угля сначала с завальной стороны (рис. 10, а, б) и дальнейший разворот потока угля на желобе (рис. 10, в). При этом, угол наклона зоны потока с забойной и завальной стороны увеличивается до 85°, т. е. образуется вертикальная стена и выпускное окно работает как свободное отверстие. Это исключает образования застойной зоны на желобе.

Так как выше рассмотренные параметры механизированной крепи, при прочих равных условиях зависимы между собой и технологическими опера-

циями передвижки секции механизированной крепи, то выбор рационального шага передвижки, необходимо производить с учетом ширины зоны потока угля на уровне выпускного окна. Учитывая, что ширина зоны потока, по данным результатов экспериментов находятся в пределах 1,8+2,1 м, т.е равна 3+4 шагам передвижки секции крепи или ширины вынимаемой ленты лавы. Тогда, для обеспечения выхода потока самообрушающегося угля с желоба без сопротивления, величина высоты выпускного окна должна быть не менее ширины вынимаемой ленты лавы. Такое соотношение обеспечивает разворот потока на желобе (рис. 10 ж, з) при выпуске самообрушающегося угля. А ход питателя, исходя из приведенных экспериментальных данных должен составлять 1/4+1/10 ширины ленты лавы, т.е. 500+200 мм. Расстояния между рифлениями питателя равны 0,7+0,95 её хода при высоте рифлений 75+125 мм. Это компенсирует процесс расширения и сжатия угля при смене направления движения питателя, при этом стабильность процесса его движения нарастает.

Рис. 10 Влияние угла наклона питателя на процесс выпуска

В четвертой главе рассмотрены обоснования параметров механизированной крепи с принудительно-управляемым выпуском подкровельной (межслоевой) толщи угля на забойный скребковый конвейер. При выборе конструктивных параметров основное внимание уделялась нескольким определяющим факторам: экономическая эффективность; высокая полезная отдача; длительный срок эксплуатации.

В качестве решение данной проблемы было предложено оборудовать механизированную крепь дополнительным рабочим органом - питателем, предназначенный для выпуска и погрузки крупнокускового угля из подкровельной толщи на забойный конвейер.

Соответственно по назначению и условиям эксплуатации секция механизированной крепи с устройством регулируемого выпуска подкровельной (межслоевой) толщи угля - самостоятельная структурная единица механизированной крепи очистного забоя, способная на ограниченной его длине, равной ширине секции, поддерживать (ограждать) призабойное пространство очистного забоя в рабочем и безопасном состоянии, обеспечивая выпуск подкровельной

(межслоевой) толщи угля принудительным способом на забойный конвейер. На рис. 11 показан внешний вид секции механизированной крепи с устройством регулируемого выпуска самообрушающегося угля из межслоевой толщи, которая включает основание, гидростойки, перекрытие закрепленное с ограждением. Устройство регулируемого выпуска самообрушающегося угля из межслоевой толщи выполнено в виде питателя с бортами, расположенного между гидростойками в проеме перекрытия (выпускного окна). Рабочая поверхность питателя выполнена с клиновыми рифлениями, обеспечивающими минимальное сопротивление перемещению его в сторону завала угля и максимальное трение и сцепление рабочей поверхности питателя при перемещении в сторону выпуска угля. Питатель снабжен гидродомкратом (рис. 11), шток которого закреплен на его жесткой плите, а корпус-на бортах.

Рис. 11 Общий вид механизированной крепи с регулируемым выпуском угля на забойный скребковый конвейер

Для обеспечения перегрузки угля с питателя на забойный скребковый конвейер на последнем выполнена разгрузочная площадка. Соединение перекрытия с основанием выполнено в виде траверс, образующих четырехзвешшк Чебышева. Питатель снабжен дополнительным гидродомкратом, шток которого закреплен на его жесткой плите, а корпус-на бортах (патент РФ на ПМ № 39913). Заслон (рис. 11), закрывающий выпускное окно, выполнен в виде телескопически соединённых плит, снабжён гидродомкратом управления и шар-нирно закреплён на перекрытии. В секцию могут дополнительно входить следующие устройства: удержание груди забоя, направленного передвижения базовой балки и обеспечение устойчивости секции, удержание забойного конвей-

ера, активного подпора в процессе передвижения, перекрытия боковых зазоров и др.

Техническая характеристика механизированной крепи с регулируемым выпуском угля на забойный скребковый конвейер:

Тип крепи....................................оградительно-поддерживающее

Конструктивная высота секции, м......................................1,8+3,5

Шаг установки секции крепи, м........................................1,75; 2,0

Рабочее давление в гидросистеме, Мпа.......................................32

Рабочее сопротивление секции крепи, кн/м2, не менее.................1300

Рабочее сопротивление гидростойки, кН.................................3530

Давления срабатывания предохранительного клапана, Мпа............50

Диаметр поршня гидростойки, мм...........................................300

Количество гидростоек на секцию, шт .......................................2

Усилие домкрата передвижки, кН......................................340/945

Удельное давление на почву, Мпа, не более..................................2

Масса секции крепи, т.........................................................17,0

В пятой главе настоящей работы разработаны рекомендации к проекту подготовки и отработки пластов ТУ-У-У1 шахты «Разрез Сибиргинский». Рассмотрены горно-геологические условия, выбран участок для лавы с размерами шахтного поля по простиранию от 400 м до 2500 м, по падению от 1900 м до 2500 м. Принятая система разработки - длинные столбы по простиранию с выпуском межслоевой толщи. Пласт 1У-У-У1 мощностью в среднем 17 м наиболее эффективно отрабатывать слоями высотой по 5,5 -7 м, с выпуском угля из межслоевой толщи, с высогой подсечного слоя 3-3,5 м и межслоевой толщи 2,5-3,5 м. Для выемки пласта предложено использовать механизированную крепь с регулируемым выпуском межслоевой толщи угля на забойный скребковый конвейер (Рис. 11), имеющую несущую способность более 100 т/м2.

Перед началом и в течение очистных работ во втором и третьих слоях производится подготовка подкровельной или межслоевой толщи к выпуску. Механизированная крепь с регулируемым выпуском подкровельной (межслоевой) толщи угля работает следующим образом. После выемки добычным комбайном очередной ленты угля толщиной 0,6+0,8 м. секцию передвигают на забой на ширину ленты. Выпуск угля осуществляется после передвижки секции <на 2+3 ленты в зависимости от крепости угля межслоевой толщи, который предварительно разупрочняется известными способами. Выпуск самообру-шающегося угля ведут питателями. По техническим возможностям забойного скребкового конвейера определяют количество одновременно работающих питателей. Изменением производительности гидростанции можно в широких пределах менять производительность питателей, а, следовательно, и скорость опускания самообрушающегося угля в подкровельной (межслоевой) толще. Одновременная работа группы питателей обеспечивает выпуск угля па больших площадях общим потоком с управляемой скоростью, что минимизирует потери и зольности угля при разработке мощных угольных пластов. За счет большой площади потока угля исключается его зависание, создаются благоприятные условия для обрушения пород (кроме труднообрушаемой кровли, где

требуется специальные технологические приемы), что, уменьшает динамические нагрузки на крепь, а наличие единого потока исключает засорение угля со стороны кровли.

На основе проведенных экспериментальных исследований выведено формула производительности выпуска:

(3 = 60ЫнпАу, т/час где: Ь - ширина питателя, в зависимости от шага установки крепи составит 1 -1,3 м; А - ход питателя экспериментально установлено 200+500 мм и обеспечивал п - 10+30 ходов в минуту. При таких соотношениях, толщина выпускаемого слоя угля на питателе составлял й/ - 0,4+0,7 м, последнее, кроме перечисленных параметров, зависимо, от Н - высоты выпускного окна, а - угла наклона питателя, ъ - заслона, б - рифлений и к - кусковатости угля; у - плотность угля в пласте, т/м3: У = 1,36.

Тогда при производительности забойного скребкового конвейера равной 1200 т/час, число одновременно работающих питателей составляет 7. Секции с шагом установки 1,75x7= 12 м. Следовательно, условия о площадном выпуске подкровельной толщи одновременно из нескольких секций выполнимо.

Из расчета суточной нагрузки на очистной забой получены следующие данные: сменная добыча - 5028 т; подвигание комплекса в смену - 2,64 м; под-вигание в сутки - 8,71 м; суточная добыча -15084 т; подвигание в месяц - 191.6 м; добычи в месяц - 332 т.т.; г одовая добыча - 3 млн 984 тыс. тонн; подвигание в год-2299 м.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой в которой содержится решение задачи обоснования параметров механизированной крепи для выемки с минимальными потерями и зольностью мощных пластов с регулируемым выпуском подкровельной или межслоевой толщи путем использования питателей в секциях крепи, обеспечивающих управляемый площадной выпуск по длине лавы, имеющей существенное значение для угольной промышленности и экономики страны, направлены на улучшение условий труда горнорабочих и повышение технико-экономических показателей очистных работ.

Основные научные и практические результаты диссертации заключаются в следующем:

1. Существующие средства механизации при выпуске угля на завальный конвейер образуют индивидуальные зоны потока с фигурой выпуска в виде клина, с величиной на уровне выпускного окна не превышающей 800 мм, а увеличение количества открытых затворов из нескольких секций не обеспечивает одновременный площадной выпуск угля по длине лавы, что приводит к потерям и зольности угля.

2. Установкой регулируемых по производительности питателей на каждой секции крепи достигается управление процессом одновременного, площадного выпуска угля по длине лавы, тогда при выпуске контактная граница уголь

- порода будет опускаться вертикально и параллельно почве пласта, что обуславливает минимальные потери угля.

3. Ширина зоны потока и производительность выпуска зависят от местонахождения, угла наклона, длины хода, количеств рифлений питателя. С перемещением питателя в сторону завала и его угла наклона увеличивается производительность, а увеличение длины хода питателя ведет к уменьшению количеств его ходов. Чем больше рифлений, тем меньше вероятность образования застойной зоны потока угля и больше ширина зоны потока.

4. Параметры механизированной крепи зависимы между собой и технологическими операциями передвижки секции крепи, то выбор рационального шага передвижки производится с учетом ширины зоны потока, величиной 1,8+2,1 м, т.е. равной 3+4 шагам передвижки секции крепи или ширины вынимаемой лавы.

5. Устаповка питателя механизированной крепи под углом 10+20° к горизонту в сторону разгрузки, при её ходе равном 1/4+1/10 ширины лен™ лавы достигается максимальная производительность выпуска угля за счет равенства выпускного окна и зоны потока на его уровне.

6. В ходе работы предложено техническое решение, новизна которою подтверждается патентом РФ на полезную модель №39913.

7. Разработаны рекомендации по созданию промышленного образца механизированной крепи для выемки мощных пластов с регулируемым выпуском угля.

8. Результаты исследований переданы для использования в проекте подготовки и отработки пласта IV-V-VT шахты «Разрез Сибиргинский».

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Клишин В. И. Механизированная крепь с принудительным выпуском угля из подкровельной толщи. [Текст] / В. И. Клишин, В. Н. Власов, Кубанычбек уулу Бакыт // Горный информационно-аналитический бюллетень, М.: МГТУ,2003. -№11. 2 Кубанычбек уулу Б. Обоснование технологии при принудительном выпуске угля механизированными крепями из межслоевой или подкровельной толщи. / В. Н. Власов // Международная научно-практическая конференция. Кыргызстан, г. Бишкек: КГУСТА, 2003. - С. 263 - 272.

3. Кубанычбек уулу Бакыт. Опыт применения и технические возможности механизированных крепей с выпуском угля. [Текст] / Бакыт Кубанычбек уулу // Динамика и прочность горных машин. Сборник докладов. Т. 1. - Новосибирск: Институт горного дела СО РАН, 2003. — С. 51 — 57.

4. Кубанычбек уулу Бакыт. Новые технологические решения отработки мощных угольных пластов в условиях шахт Кыргызстана. [Текст] / В. И. Клишин, Бакыт Кубанычбек уулу // Тезисы докладов Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Тюрко-согдийский синтез и

развитие проблемы культурного наследия», Том 2-й. - Кыргызстан, г. Ош: КУУ, 2004. - С. 35.

5. Клишин В. И. Исследование выпуска подкровельной толщи угля в механизированных крепях. [Текст] / В. И. Клишин, В. Н. Власов, Ю. С. Фокин, Д. И. Кокоулин, Бакыт Кубанычбек уулу // Международная научно-практическая конференция. Сб. научных статей «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» - Новокузнецк, 2004. -С. 81-86.

6. Клишин В. И. Разработка технологии и механизированной крепи с принудительно-управляемым выпуском подкровельной и межслоевой толщи для выемки мощных угольных пластов. [Текст] / В. И. Клишин, Бакыт Кубанычбек уулу // «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности» Труды международной научно-практической конференции - Кемерово: ННЦ ГП - ИГД им. А. А. Скочинского, ИУУ СО РАН, КузГТУ, ЗАО КВК «Экспо-Сибирь», 2004. - С. 129-130.

7. Кубанычбек уулу Бакыт. Исследования влияние параметров плунжерного питателя механизированной крепи на принудительный выпуск самообру-шающегося угля из подкровельной толщи. [Текст] / Бакыт Кубанычбек уулу // Горный информационно-аналитический бюллетень. № 9. М.: МГГУ, 2004.

8. Патент РФ на полезную модель № 39913. МПК7: Е 21 О 23/00. Механизированная крепь с элементами принудительного выпуска угля из межслоевой толщи 1 В. И. Клишин, В. А. Юрченко, О. А. У тиранов, Ю. С. Фокин, Д. И. Кокоулин, В. Н. Власов, Бакыт Кубанычбек уулу - № 2004112024; заявл. 20. 04. 2004; опубл. 20.08. 2004, Бюл. № 23. - 2 е.: ил.

9. Кубанычбек уулу Б. Механизированная крепь с принудительным выпуском угля для отработки мощных угольных пластов Кыргызстана. [Текст] / Б. Кубанычбек уулу, В. И. Клишин, В. Н. Власов // Машиноведение. Сборник научных трудов, выпуск 4. Бишкек: Илим, 2004. - С. 225-232.

ЛР № 020909 от 01 09 99 Пописаьо к печати 18 04 2005 Формат 60x84/16 Объем 1 печ л Тираж 100 жз Заказ № 31

Институт горного дела СО РАН 630091 Новосибирск Красный проспект, 54

it- 75 О 6

РНБ Русский фонд

2006-4 5022

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВ МЕХАНИЗАЦИИ

ВЫЕМКИ МОЩНЫХ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ С ВЫПУСКОМ УГЛЯ.

1.1 Способы разработки мощных пологих пластов при их отработке механизированными комплексами с выпуском угля.

1.2 Пути развития механизированных крепей с выпуском угля.

1.3 Цель и задачи исследований.

2 МЕТОДИКА ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ

ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЗИРОВАННЫХ КРЕПЕЙ С ВЫПУСКОМ

ПОДКРОВЕЛЬНОЙ (МЕЖСЛОЕВОЙ) ТОЛЩИ УГЛЯ.

2.1 Опыт применения основных закономерностей выпуска сыпучих материалов.

2.2 Методика исследований технических возможностей механизированных крепей с выпуском подкровельной толщи угля на дополнительный завальный конвейер.

2.3 Методика исследований регулируемого выпуска угля в механизированной крепи на забойный конвейер.

3 ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЫПУСКА ПОДКРОВЕЛЬНОЙ (МЕЖСЛОЕВОЙ) ТОЛЩИ УГЛЯ МЕХАНИЗИРОВАННЫМИ КРЕПЯМИ.

3.1 Исследования технических возможностей механизированных крепей с выпуском подкровельной толщи угля на дополнительный завальный конвейер.

3.2 Исследования параметров устройства регулируемого выпуска угля в механизированной крепи на забойный конвейер.

3.2.1 Влияние параметров питателя механизированной крепи на принудительный выпуск самообрушающегося угля из подкровельной толщи.

3.2.2 Исследование влияние угла наклона задней ограждающей части механизированной крепи на процесс выпуска угля.

3.2.3 Исследование влияние высоты выпускного окна на производительность выпуска.

3.2.4 Влияние цепного заслона и рифлений питателя на показатели извлечения угля.

3.2.5 Влияние угла наклона питателя и шага передвижки механизированной крепи на показатели извлечения.

3.2.6 Исследование влияние кусков угля на процесс выпуска.

Выводы.

4 РАЗРАБОТКА МЕХАНИЗИРОВАННОЙ КРЕПИ ДЛЯ ВЫЕМКИ МОЩНЫХ ПЛАСТОВ С РЕГУЛИРУЕМЫМ ВЫПУСКОМ УГЛЯ НА ЗАБОЙНЫЙ КОНВЕЙЕР.

4.1 Обоснование основных параметров устройства регулируемого выпуска угля в механизированной крепи.

4.2 Механизированная крепь с устройством регулируемого выпуска угля на забойный конвейер.

Выводы.

5 РЕКОМЕНДАЦИИ К ПРОЕКТУ ПОДГОТОВКИ И ОТРАБОТКИ ПЛА

СТОВ IV-V-VI ШАХТЫ ОАО «РАЗРЕЗ СИБИРГИНСКИЙ».

5.1 Горно-геологические условия пласта.

5.2 Выбор участка пласта для выемки лавы.

5.3 Запасы угля в выемочном участке.

5.4 Очистные работы.

5.5 Расчет суточной нагрузки.

5.6 Расчет цикличности работы комплекса.

Выводы.

Актуальность работы. При отработке мощных пластов взамен традиционного разделения их на наклонные слои, применяются технологии разработки с выпуском угля подкровельной или межслоевой толщи, использующие силы горного давления для сокращения затрат на добычу. Для их реализации предложены и созданы механизированные комплексы, обладающие дополнительными функциями по управлению процессом извлечения угля, находящегося над крепью или обрушающегося позади нее [1].

Преимущества этой технологии заключаются в значительном сокращении объемов подготовительных работ, капитальных и эксплуатационных затрат, энергоемкости системы, снижении опасности самовозгорания угля, а также возможности разработки указанных пластов в сложных условиях и извлечение запасов из оставленных ранее охранных целиков.

Наряду с очевидными преимуществами технологии с выпуском угля, известны и трудности ее реализации [2]. В первую очередь это относится к требованиям полноты выпуска угля и механизации работ по осуществлению, обеспечения безопасности и эффективности работы очистного забоя. Потери угля в обрушенном пространстве лавы приводят к самовозгоранию угля. С переходом на более глубокие горизонты, применяемые технологические схемы разработки мощных пластов и средств механизации не соответствуют в должной мере современным требованиям повышения нагрузки на забои, концентрации и безопасности работ. В этой связи, учитывая, что около 50 % мировых промышленных запасов угля залегают в пластах мощностью свыше 4 м [3, 4], становится очевидной необходимость реализации новых технологических решений по эффективной разработке мощных пластов. В России в одном только Кузнецком угольном бассейне балансовые запасы угля в мощных пологих и наклонных пластах составляют 47,8 млрд. т. [5], из них в соответствии с современным техническим уровнем около 70 % могут быть извлечены только подземным способом [6].

Однако, известные способы разработки мощных пластов угля с использованием механизированных комплексов с выпуском подкровельной (межслоевой) толщи угля обладают существенным недостатком, который заключается в невозможности выпуска крупнокускового угля, образующихся при работе на крепких углях. Это потребовало изучения процесса выпуска угля через выпускные окна в секции механизированной крепи.

В настоящей работе предложен способ управления процессом гравитационного движения угля при выпуске подкровельной (межслоевой) толщи в зоне повышенного горного давления над секциями механизированной крепи за счет принудительно-управляемого выпуска угля в каждой секции регулируемыми по производительности питателями на один забойный скребковый конвейер. Регулируемый выпуск позволяет создать общий поток угля над механизированным комплексом, за счет увеличения зоны потока угля, значительно превышающие зоны потока известных способов. Это обеспечивает, увеличение пропускной способности выпускного окна механизированной крепи, полноту выпуска угля в т. ч. крупнокускового и снижение разубожи-вания. Кроме того, позволяет управлять, загрузкой забойного скребкового конвейера максимально используя его технические возможности, и значительно упростить сопряжение лавы с подготовительными выработками.

Создание новых эффективных технологий и средств механизации для выемки мощных угольных пластов во многом зависит от правильного определения параметров выпускных окон секций механизированных крепей и способа выпуска угля. Решение проблемы тесно связано с разработкой принципиально новых механизированных крепей, обеспечивающих управляемый площадной выпуск угля по всей длине лавы одновременно из нескольких секций.

Поэтому работа, связанная с обоснованием механизированной крепи с устройством регулируемого выпуска угля и её параметров является актуальной.

Цель работы состоит в обосновании параметров устройства регулируемого выпуска угля в механизированной крепи, обеспечивающей выпуск подкровельной (межслоевой) толщи с минимальными потерями и зольностью угля.

Идея работы заключается в использовании питателей в конструкции механизированных крепей обеспечивающих управляемый площадной выпуск угля по всей длине лавы.

Задачи исследования:

• Разработать методику проведения лабораторных исследований и установить закономерности параметров выпуска механизированной крепью с выпуском угля на завальный и забойный конвейера;

• Обосновать параметры устройства регулируемого выпуска угля на забойный конвейер;

• Разработать рекомендации по отработке мощных пластов механизированной крепью с регулируемым выпуском угля.

Методы исследований: анализ и обобщение технологии разработки мощных пластов и научно-технического развития средств механизаций выпуска, лабораторные исследования процесса выпуска угля на завальный и забойный конвейера.

Научные положения, защищаемые автором:

• при выпуске угля на завальный конвейер образуются индивидуальные зоны потока с фигурой выпуска в виде клина, и шириной на уровне выпускного окна до 800 мм;

• управляемый площадной выпуск угля по всей длине лавы на забойный конвейер обеспечивается установкой регулируемых по производительности питателей на каждой секции крепи;

• перемещения питателя в сторону завала и установка его под углом 10ч-20о к горизонту в сторону разгрузки при его ходе равном 1/4-И/10 ширины ленты лавы приводит к росту величины зоны потока и производительности выпуска;

Достоверность научных результатов обеспечивается достаточным объемом лабораторных исследований взаимодействия механизированных крепей с выпускаемой подкровельной толщей угля; применением современной аппаратуры и методов обработки результатов.

Научная новизна:

• экспериментально установлена фигура выпуска и ширина зоны потока угля на уровне выпускного окна при работе завального конвейера;

• разработана принципиальная схема секции механизированной крепи с регулируемым по производительности питателем, позволяющим обеспечить управляемый площадной выпуск угля по всей длине лавы;

• определено влияние параметров устройства регулируемого выпуска угля в механизированной крепи на производительность и ширину зону потока.

Личный вклад автора состоит в создании стендов для экспериментальных исследований, проведении лабораторных исследований по определению параметров механизированных крепей с выпуском на завальный и забойный конвейера, обобщение их результатов, а также разработке принципиальной схемы механизированной схемы механизированной крепи с устройством регулируемого выпуска подкровельной (межслоевой) толщи угля на забойный конвейер, обосновании его параметров.

Практическое ценность работы состоит в обосновании принципиальной схемы механизированной крепи для выемки мощных угольных пластов с регулируемыми по производительности питателем (полезная модель № 39913); результаты лабораторных исследований позволяют улучшить условия труда и снизить потери и зольность угля, а также затраты на отработку мощных пластов и повысить технико-экономические показатели очистных работ за счёт использования питателей в конструкции механизированных крепей обеспечивающих управляемый площадной выпуск угля по всей длине лавы.

Реализация работы в промышленности. Научные результаты переданы для использования в проекте подготовки и отработки пластов IV-V-VI шахты ОАО «Разрез Сибиргинский».

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на научных семинарах лаборатории подземной разработки угольных месторождений ИГД СО РАН, на кафедре горные машины и электрооборудование в КГ-МИ (Кыргызстан, г. Бишкек), на Международной конференции «Динамика и прочность горных машин» (Новосибирск, 2003 г.), на «Неделях горняка» (Москва, 2003, 2005 гг.), на международных конференциях: «Повышение эффективных показателей транспортных, строительно-дорожных машин и коммуникаций в условиях высокогорья и жаркого климата» (Кыргызстан, Бишкек: КГУСТА, 2003); «Тюрко-согдийский синтез и развитие проблемы культурного наследия» (Кыргызстан, Ош: КУУ, 2004); «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» (Новокузнецк, 2004); «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности» (Кемерово, 2004).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 9 печатных работах, включая патент РФ на полезную модель.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов, списка литературы. Общий объем работы составляет 113 страниц, в том числе 39 рисунков, 7 таблицы. Список литературы содержит 85 источников.

Выводы

1. Механизированная крепь с устройством регулируемого выпуска подкровельной или межслоевой толщи угля на забойный конвейер, может найти применение на подземных угольных шахтах, в том числе в крутых пластах.

2. При ширине питателя 1,0 м, ходе 200 мм и обеспечении 20 ходов питателя в минуту производительность питателя достигает 163 т/час. Толщина слоя на питателе составляет 0,5 м.

3. Приведенная в данной работе методика позволяет вывести параметры механизированной крепи для выемки мощных пластов с регулируемым выпуском угля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой содержится решение задачи обоснования параметров механизированной крепи для выемки с минимальными потерями и зольностью мощных пластов с регулируемым выпуском подкровельной или межслоевой толщи путем использования питателей в секциях крепи, обеспечивающих управляемый площадной выпуск по длине лавы, имеющей существенное значение для угольной промышленности и экономики страны, направленной на улучшение условий труда горнорабочих и повышение технико-экономических показателей очистных работ.

Основные научные и практические результаты диссертации заключаются в следующем:

1. Существующие средства механизации при выпуске угля на завальный конвейер образуют индивидуальные зоны потока с фигурой выпуска в виде клина, с величиной на уровне выпускного окна не превышающей 800 мм, а увеличение количества открытых затворов из нескольких секций не обеспечивает одновременный площадной выпуск угля по длине лавы, что приводит к потерям и зольности угля.

2. Установкой регулируемых по производительности питателей на каждой секции крепи достигается управление процессом одновременного, площадного выпуска угля по длине лавы, тогда при выпуске контактная граница уголь — порода будет опускаться вертикально и параллельно почве пласта, что обуславливает минимальные потери угля.

3. Ширина зоны потока и производительность выпуска зависят от местонахождения, угла наклона, длины хода, количеств рифлений питателя. С перемещением питателя в сторону завала и его угла наклона увеличивается производительность, а увеличение длины хода питателя ведет к уменьшению количеств его ходов. Чем больше рифлений, тем меньше вероятность образования застойной зоны потока угля и больше ширина зоны потока.

4. Параметры механизированной крепи зависимы между собой и технологическими операциями передвижки секции крепи, то выбор рационального шага передвижки производится с учетом ширины зоны потока, величиной 1,8-т-2,1 м, т.е. равной 3+4 шагам передвижки секции крепи или ширины вынимаемой лавы.

5. Установка питателя механизированной крепи под углом 10+20° к горизонту в сторону разгрузки, при её ходе равном 1/4-И/10 ширины ленты лавы достигается максимальная производительность выпуска угля за счет равенства выпускного окна и зоны потока на его уровне.

6. В ходе работы предложено техническое решение, новизна которого подтверждается патентом РФ на полезную модель №39913.

7. Разработаны рекомендации по созданию промышленного образца механизированной крепи для выемки мощных пластов с регулируемым выпуском угля.

8. Результаты исследований переданы для использования в проекте подготовки и отработки пласта IV-V-VI шахты «Разрез Сибиргинский».

1. Гапанович Л. Н. Развитие механизированных крепей и технологии с выпуском угля Текст. / Л. Н. Гапанович, П. Ф. Савченко, В. А. Бернацкий // Уголь. 1986. - № 11. - с. 33 - 37.

2. Курленя М. В. Геомеханика и техносфера Текст. / М. В. Курленя. — Новосибирск: Наука, 2004. — 131 с.

3. Ghoze А. К.: Underground methods of extraction of thick coal seams Текст. / A. K. Ghoze A global survey. In: Mining Science and Techs. 2 (1984), s. 17-32.

4. Steinkohlenbergbauverein (Hrsg.): Planungshilfe fire den Zuschnin im Abbau. Essen Текст. / Verlag Gluckauf. 1982 (Berriebsempfehlungen fur den Stein-kohlcnbergbau Nr. 11).

5. Фрянов В. H., Чубриков А. В. Обоснование параметров технологии подготовки и отработки мощных пологих пластов Текст. / В. Н. Фрянов., А. В. Чубриков. Новокузнецк: СибГИУ, 2002 - С. 216.

6. Фетвайс Г. Б. Модель для выбора оптимальных параметров проекта разработки весьма мощных угольных пластов подземным способом Текст. / Г. Б. Фетвайс // Глюкауф, 1994, № 9/10, с. 16-23.

7. Громов Ю. В. Управление горным давлением при разработке мощных пологих пластов угля Текст. / Ю. В.Громов, Ю. Н. Бычков, В. П. Круг-ликов М.: Недра, 1985. - С. 239.

8. Крылов В. Ф. Разработка мощных пологих пластов Текст. / В. Ф. Крылов, С. И. Запреев, В. А. Бердюгин, П. А. Скрылев, Н. Е. Макаров М.: Недра, 1973-С. 128.

9. Линденау Н. И. Разработка мощных угольных пластов Текст. / Н. И. Линденау, Р. В. Буткевич, К. П. Кривобок М.: Недра, 1966. - С. 286.

10. Рекомендации по совершенствованию технологии выемки угля с обрушением. Прокопьевск, 1971 С. 389.

11. Дмитриев С. И. Основы технологии разработки угля с применением гибких перекрытий Текст. / С. И. Дмитриев, С. И. Запреев, Л. С. Сенько, В. Ф. Крылов, Л. П. Томашевский М.: Недра, 1967. - С. 229.

12. Совершенствование техники и технологии добычи угля в Кузнецком бассейне — Кемеровское книжное издательство — 1973. — С. 266.

13. Кораблин Н. П. Промышленные испытания комплекса КТУ-ЗМ Н. П. Кораблин, Б. К. Лебедев, М. И. Середенко и др. Текст. / Исследования по вопросам горного дела в Кузбассе М.: Недра, 1966. - С. 95-102.

14. Бублик Ф. П. Исследование устойчивости угольной потолочины и совершенствование способа ее погашения при системе разработки с комплексом КТУ Текст. / Ф. П. Бублик, Ю. В. Громов, Ю. Н. Бычков и др. // Тр. ВНИМИ. Л., 1973. - №88. - С. 8-13.

15. Исследование параметров системы разработки с гибким металлическим перекрытием в комплексе с КТУ-ЗМ Текст. // ОтчетКузНИУИ. Арх. №2759. Прокопьевск, 1967.-С. 138.

16. Дзыгало А. И. Опыт применения комплексов КТУ для отработки мощных пластов с углами падения до 35°. Текст. / А. И. Дзыгало, А. Н. Сер-гиенкс, М. И. Середенко // Технология разработки пологих и наклонных пластов Кузбасса. — Прокопьевск, 1973. С. 130-135;

17. Рощупкин И. Г. Разработка месторождений полезных ископаемых Текст. / И. Г. Рощупкин, Г. П. Ананьин, Н. К. Арсланов М.: Госгортех-издат. С. 590.

18. Саламатин А. Г. Подземная разработка мощных пологих угольных пластов Текст. / А. Г. Саламатин. М.: Недра, 1997 С. 407.

19. Сапицкий К. Ф. Технология механизация и автоматизация производственных процессов при подземной разработке пластовых месторождений Текст. / К. Ф. Сапицкий, Д. В. Дорохов, А. Ю. Якушевский М.: Недра, 1974-С. 240.

20. Сагинов А. С. Совершенствование технологии выемки мощных пологих угольных пластов Текст. / А. С. Сагинов, С. С. Жетесов. Алма-Ата: Ка* захстан, 1981.-С. 223.

21. Совершенствование технологии и средств комплексной механизации выемки мощных пологих пластов с выпуском угля подкровельной толщи Текст. / М.: ЦНИЭИуголь, 1977. С. 81.

22. Савченко П. Ф. Разработка мощных пластов с выпуском угля Текст. / t П. Ф. Савченко, В. И. Дацков, И. Н. Дрижд // Проблемы разработки мощных пологих и наклонных угольных пластов подземным способом. Тезисы докладов. Караганда, 1984.

23. Сагинов А. С. Двухзабойная выемка угля на мощных пологих пластах Текст. / А. С. Сагинов, С. С. Жетесов. Алма-Ата: Наука, 1982. - 224 с.

24. Гапанович JI. Н. Промышленные испытания экспериментального образца механизированного комплекса КМ-81 В Текст. / JI. Н. Гапанович, Ю. Л. Худин, Н. А. Дрижд // Уголь. 1975. - № 4. - С. 27 - 32.

25. Авторское свидетельство СССР № 943403. Механизированная крепь для мощных пластов. / Савченко П. Ф., Гапанович Л. Н., Дрижд Н. А., Шартtнер Э. Г., Лившиц А. С., Новиков В. Я., Дацков В. И. Опубл. в БИ, 1982, №26.

26. Шундулиди И. А. Геомеханическое обоснование параметров механизированной крепи для отработки мощных пологих пластов с выпуском угля из подкровельных и межслоевых пачек. Текст. / И. А. Шундулиди -Кемерово: Кузбассвузиздат, 2001.- С. 66.

27. Авторское свидетельство СССР №1273591. Агрегат для выемки мощных угольных пластов. / Савченко П. Ф., Коробов М. С., Новиков В. Я., Тополь Б. Ф., Саламатин А. Г., Дрижд И. Н.- Опубл. в БИ, 1986, № 44.

28. Комплекс модернизированный для слоевой отработки мощных пологих наклонных и крутых пластов КНКМ. — (Техническое задание) Текст. / КузНИУИ. Прокопьевск, 1985.-С. 150.

29. Брагин В. Е. Повышение эфективности комплексно-механизированной отработки пологих и наклонных пластов в Кузбассе. Текст. / В. Е. Брагин, С. И. Калинин, Ю. С. Лермонтов. Кемерово: Кем. кн. изд-во, 1995. -С. 200.

30. Interduction du soutenement marcnant en taille a soutirage dans la metode des transhes horizontles aux houlleres de la laire Текст. / Revue de 1. Juillet.: Industrie minerale, 1970 Vol. 52. - № 7 - P. 471 - 489.

31. Ф. Пера, Разработка механизированных крепей нового типа Текст. / Ф. Пера, К. Шимон, Й. Немет, Й. Корбуй // Сб. трудов «Механика горныхпород и механизированные крепи» — Новосибирск, Институт горного дела СО АН СССР, 1985. С. 165 - 177.

32. Зайденварг В. Е. Угольная промышленность за рубежом. Текст. / В. Е. Зайденварг, Н. И. Гаркавенко, В. С. Афендиков, Е. М. Дубровский, А. А. Топорков, В. К. Ясный. — М.: Горная промышленность, 1993. — С. 389.

33. Wu Jian.The Rehavior of Roof Coal and Estimation of Its Recovery Rate and Impurity In Sublevel Caving Mining Текст. / Proceedings of the international symposium on modern mining technology. October, 1988, 198-205.

34. Пан-JIe. Состояние разработки угольных месторождений с крутыми пластами в Китае Текст. / Пан-Ле, Жен-Хуичин. // Разработка угольных пластов крутого падения: Сб. докладов первого Китайско-Российского семинара. Прокопьевск, 1994. - С. 45 -60.

35. Кубанычбек уулу Бакыт. Опыт применения и технические возможности механизированных крепей с выпуском угля Текст. / Бакыт Кубанычбек уулу // Динамика и прочность горных машин. Сб. трудов. Т. 1., Новосибирск: Институт горного дела СО РАН, 2003. С. 51-57.

36. Дженике Э. В. Складирование и выпуск сыпучих материалов. Текст. / Э. В. Дженике. М.: издательство «Мир», 1968. - С. 163.

37. Именитов В. Р. Обрушение и выпуск руды Текст. / В. Р. Именитов, И. А. Ковалев, В. С. Уралов. Москва, 1961. С. 150.

38. Именитов В. Р. Процессы подземных горных работ при разработке рудных месторождений. Текст. / В. Р. Именитов. М., 1978. С. 528.

39. Иофин С. JI. Исследование торцевого вибрационного выпуска руды Текст. / С. JI. Иофин, В. В. Шкарнеттик. // Труды ВНИИЦветмета, 1966, №7, с. 95-16.

40. Корнев Г. Н. Повышение эффективности вибрационного выпуска руды из блоков на основе изучения механизмов процессов Текст. / Г. Н. Корнев. Л., 1968. С. 49.

41. Малахов Г. М. Теория и практика выпуска обрушенной руды. Текст. / Г. М. Малахов М., 1968. С. 311.

42. Малахов Г. М., Безух Р. В., Петренко П. Д. Теория и практика выпуска руды. Текст. / Г. М. Малахов, Р. В. Безух, П. Д. Петренко М.: Недра, 1968. С. 311.

43. Стажевский С. Б. Об особенностях течения раздробленных горных пород при добыче руд с подэтажным обрушением. Текст. / С. Б. Стажевский // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1996. - № 5. - С. 72 - 89.

44. Стажевский С. Б. О первой форме течения сыпучих материалов в бункерах. Текст. / С. Б. Стажевский // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1983. - № 3. - С. 14-21.

45. Дубынин Н. Г. Выпуск руды при подземной разработке. Текст. / Н. Г. Дубынин М.: Недра, 1965 с. 267.

46. Шундулиди И. А. Интегрированные технологические системы двухста-дийной отработки запасов мощных угольных пластов. Текст. / И. А. Шундулиди М.: 2004 - С. 360.

47. Бахвалов Н.С. Численные методы Текст. / Н.С. Бахвалов, Н. П. Жидков, Г.М. Кобельков. 3-е изд. и перераб. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004.-С. 636.

48. Коровкин Ю. А. Теория и практика длиннолавых систем. Текст. / Ю. А. Коровкин, П. Ф. Савченко, А. Г. Саламатин, В. И. Постников М.: Тех-гормаш, 2004. С. 600.

49. Авторское свидетельство СССР № 1830420. Секция механизированной крепи. С. С. Жетесов. Опубл. в БИ. 1993. № 28.

50. Патент №2184242. Способ и агрегат для выемки мощных угольных пластов. Саламатин А. Г., Клишин В. И., Савченко П. Ф., Бернацкий В. А., Разумняк Н. Л., Власов В. Н. Опубл. в БИ, 2002, № 18.

51. Клишин В. И. Механизированная крепь с принудительным выпуском угля из подкровельной толщи. Текст. / В. И. Клишин, В. Н. Власов, Б. Ку-банычбек уулу. // Горный информационно-аналитический бюллетень, М.: МГТУ, 2003.-№ 11.-С. 166-170.

52. Городецкий П. И. О применении модели при исследованиях в области разработки рудных месторождений. Текст. / П. И. Городецкий // Записки ЛГИ, т. XIV. Вып. 1, 1961.

53. Гухман А. А. Введение в теорию подобия. Текст. / А. А. Гухман. Москва, 1963.

54. Куликов В. В. Метод определения нормативных показателей извлечения руды в системах с массовым обрушением. Текст. / В. В. Куликов. Москва, 1956.

55. Ильштейм А. М. О работах ИГД АН СССР по исследованию горного давления методом эквивалентных материалов. Текст. / А. М. Ильштейм // «Сборник трудов по вопросам моделирования проявления горного давления методом эквивалентных материалов», 1962.

56. Кузнецов Н. Г. Изучение проявлений горного давления на моделях. Текст. / Н. Г. Кузнецов. Новосибирск. ИГД СО АН. 1959.

57. Алабужев П. М. Основные теории подобия и моделирования. Текст. / П. М. Алабужев, Л. М. Минкевич. ИГД-НЭТИ, 1966. С. 83.

58. Гордон Б. Е. Оценка физического подобия при исследовании механики выпуска руды на моделях. Текст. / Б. Е. Гордон Горный журнал, 1954, №6.

59. Седов Л. И. Методы подобия и размерности в механике. Текст. / Л. И. Седов. Москва, 1957.

60. Зайдель А. Н. Элементарные оценки ошибок измерений Текст. / А. Н. Зайдель-Л.: «Наука», 1967. С. 88.

61. Жетесов С. С. Пути развития и совершенствования механизированных крепей. Текст. / С. С. Жетесов, А. С. Сагинов, А. Г. Лазуткин, М. Р. Нургужин. Алма-Ата: Гылым, 1992. - С. 280.

62. Чернов О. И. Гидродинамическая стратификация монолитных пород в качестве способа управления труднообрушаемой кровлей. Текст. / О. И. Чернов // ФТРПИ. 1982. - № 2. - С. 18-22.

63. Клишин В. И. Адаптация механизированных крепей к условиям динамического нагружения. Текст. / В. И. Клишин. — Новосибирск: Наука, 2002. С. 200.

64. Чернов О. И. Применение флюидоразрыва для разупрочнения подкровельной толщи при отработке мощных пологих пластов Текст. / О. И. Чернов, Ю. М. Леконцев, В. В. Кодола // Уголь. 2000. - № 9. - С. 17-19.

65. Прогрессивные технологические схемы разработки пласта на угольных шахтах. Текст. / Часть II, Москва, ИГД им. А. А. Скочинского, 1979 г.

66. Технологические схемы разработки пологих и наклонных пластов Кузнецкого бассейна. Текст. / Прокопьевск, 1979 г.

67. Методические документы по определению нагрузок на очистные забои угольных шахт. Текст. / Москва, ИГД им. А. А. Скочинского, 1980. — С. 140.

68. Нагрузки на очистные забои действующих угольных шахт при различных горно-геологических условиях и средствах механизации выемки. Текст. / Люберцы, ИГД им. А. А.Скочинского, 1996 г.