автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Разработка и внедрение безопасной технологии выемки угля крутых пластов щитовыми агрегатами

- I яз.

Л111НИСТЕРСТВ0 ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

МАЛ ЮГА Михаил Федорович

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ БЕЗОПАСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ВЫЕМКИ УГЛЯ КРУТЫХ ПЛАСТОВ ЩИТОВЫМИ АГРЕГАТАМИ

Специальность 05.26.01 — «Охрана труда и пожарная безопасность»

ДИССЕРТАЦИЯ

па соискание ученой степени кандидата технических наук в форме научного доклада

ДОНЕЦК — 1992

Работа выполнена на шахтах производственных объединений по добыче угля «Орджоникидзеуголь» и «Артемуголь».

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф. Морев А. М.; канд. техн. наук Васильев Г. Г.

Ведущая организация — Государственный ¿Макеевский научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности, МакНИИ.

Защита диссертации состоится .......................... 199.5 г.

в ................ часов на заседании специализированного совета

Д.068.20.02 при Донецком ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте по адресу: 340000, г. Донецк, ул. Артема, 58.

С диссертацией в форме научного доклада можно ознакомиться в библиотеке института.

¿г/? у а

Автореферат разослан .....».............................. 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета проф., д. т. н.

В. //. ЧЕРНЯЕВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация, представленная в фо[>ме научного доклада, выполнена на основе исследований автора, опубликованных в 1973-х9сиг.г.

Актуальность_Еаботы. МеС10р0Кдение центральног о района Донбасса характеризуется особой сложностью и разнообразием природных условий. Шахтами разрабатываются крутые и наклонные пласты северного и южного крыла главной антиклинали Донбасса. Все пласты высо-когаяоносные: относительная метанооби."ьнисть шахт достигает -70 м3/т суточной добычи; 87% шахтопластов опасны по взрыьам пыли; 86% шахтопластов опасны по внезапным выбросам угля и газа, из которых около 70% одновременно являются склонными к самовозгоранию. _

Для резкого улучшения условий безопасности труда,ликвидации тяжелых и непроизводительных ручных работ, улучшения технико-зко-номических показателей деятельности шахт необходимо создать качественно новую техническую базу, обеспечивающую механизацию производ ственных процессов. В настоящее время на шахтах Центрального района Донбасса (ЦРД) более 60% угля добывается отбойными полотками. Опыт промышленных испытаний и эксплуатации различных средств механизации показал, что наиболее безопасной и перспективной является выемка угля полосами по падению, осуществляемая с помощью оптовых агрегатов.

Испытания щитовых крепей на шахтах Центрального района были начаты в 1956 г. На основе результатов испытаний крепей ЩК,цК-2м, ицКУ, Шц Донгипроуглемаш в 1903 г. уаэработал проект щитового агрегата АЩ, промышленная партия которого была изготовлена в 1969г. Друяшопским машиностроительным заводом. С этого времени началось интенсивное внедрение щитовой выемки угля на сихте./ ЦРД.

Практика показала, что безопасная , производительная и экономичная эксплуатация щитовых агрегатов могет быть достигнута только

щш решении комплекса научно-технических и технологических задач, обусловленных спецификой ведения добычных работ в движущейся по падению короткой горизонтальной лаве:

- оценить критериально уровень безопасности ведения горных работ в лавах крутых пластов при различных видах механизации;

- разработать безопасную и производительную технологию прове-дш.ля монтажных ниш и ведения демонтажных работ на щитовом участке с учетом особенностей проведения и охраны'пластовых штреков;

- установить зависимость энергоемкости разрушения и транспортировки угля конвзйеростругом щитового агрегата от длины лавы для оценки возможности её увеличения;

- обеспечить безопасные условия труда в щитовых лавах при выемке угля выбросоопасных пластов, для которых применение нормативных локальных способов предотвращения внезапных выбросов угля и газа не является эффективным;

- разработать способ и средства пылеподавления, приводящие к достижению предельно допустимого содержания пыли под щитовыми агрегатами;

- обосновать профилактические меры, направленные на предотвращение эндогенных пожаров.

^§£ью_2абиты является разработка и внедрение научно обоснованного комплекса технологических решений для обеспечения без -опасной и безвредной выемки угля крутых пластов щитовыми агрегатами .

Уьея работу заключается в использовании способов, средств и приемов производства горных работ при применении для разработки крутых угольных пластов щитовых агрегатов, позволяющем обеспечить безопасные условия труда горнорабочих по всему технологическому циклу.

Методы^оследования^ В работе использован комплексный метод исследований, включающий анализ опыта отрабовки крутых угольных пластов, шахтные экспериментальные измерения, обработку результатов измерений методами математической статистики, технико-экономический анализ, промышленную проверку и внедрение технологических решений и способов, обеспечивающих безопасную и эффективную выемку угля щитовыми агрегатами.

I ..Усовершенствовавшая методика анализа производственного травматизма в очистных забоях, отличающаяся учетом места травмирования, длительности работы в лавах и позволяющая количественно оценить уровень травматизма в них при различных технологических схемах очистных работ.

2.Прямолинейная зависимость потребляемой мощной:, электродвигателя конвейероструга от длины забоя (в пределах 40-b0 м), позволившая сделать вывод о том,что при увеличении устойчивой мощности привода конвейероструга до 150 кВт можно увеличить длину лавы до 80 м.

3.Экспериментально установленное в шахтных условиях проявление горного давления, заключающееся в том,что сближение пород кровли-почвы крутого пласта в откаточном штреке зависит от типа ограждающей крепи, позволившее доказать предпочтительность применения бу-тобатонных опор по срайнию с кусто-кострами.

4.Обоснование способов предотвращения внезапных выбросов угля и газа при разработке кр.у.'ых пластов шитовым агрегатом, осниванных на принципе целевой разгрузки и реализуемых с помощью тонких высоко апорных струй воды (а.с.13053Вб и а.с. 144^321).

Ь.Зависимость утечек воздуха а выработанное пространство от толщины слоя карбамидного пенопласта, используемого для изоляции

выработанного пространства, позволившая сделать вывод о достаточности для предотвращения развития эндогенного похш.ра толщины слоя пенопласта, превышающей 150 мм.

Обоснованность _и^остове2Ноать_науч __

цекдмедаауий_подтве£!кдается:_

- результатами анализа сорокалетнего опыта разработки крутых пластов ЦРД, промышленных испытаний и внедрения средств и технологий механизированной разработки крутых пластов Донбасса, содержащем в том числе и анализ как технико-экономических показателей шахт, так и уровня травматизма;

- проведением натурных (шахтных) экспериментальных исследований для решения поставленных в работе задач и анализом их результатов с применением методов математической статистики, позволившими подтвердить высокую надежность установленных статистических зависимостей (погрешность не более 15$);

- положительными результатам как промышленных испытаний, так и внедрения комплекса технологических решений по безопасной.безвредной выемке угля крутых пластов щитовыми агрегатами на шахтах

ЦРД.

На^чное_значение_работы_ заключается в том,что усовершенствована методика анализа производственного травматизма, позволившая количественно оценить уровень травматизма в лавах крутых пластов при различных технологических схемах очистных работ.

Зависимости потребляемой мощности электродвига теля конвейеро-стр.уга от длины очистного забоя; сближения пород почвы - кровли пласта г>т типа ограждающей крепи пластового откаточного штрека; утечек воздуха в выработанное пространство от толщины слоя карба-мидного пенопласта для условий лан крутых пластов ЦРД, оиорупован-ных щитовыми агрегатами, получены впервые.

Практическое_значенип_£аботы состоит в разработке комплекса отологических юетений. обеспечивающих безопасную и б»зпойдную гемку угля крутых пластов щитовыми агрегатами и приведших толь) на отдельных этапах решения научной задачи к экономическому хЬекту в размере около 600 тыс.руб.(пены прежних лет).

?еализация_вывопов_и_2екомендяций1 Разработанные автором ¡хнологические решения, обеспечивающие безопасную и безвредную ¡емку угля крутых пластов щитовыми агрегатами, внедрены на гааг-

^ ЦРД.

^Е°баттия_;]аботы^ Основные положения и отдельные результаты ¡клапывались и обсуждались на научно-технических советах произ-щственных объединений Орджпникидяеуголь и Артемуголь. ученых >ветах Лонгипроуглемаша, МакНИИ, ВНИМИ, ЛонУГИ, ЛПИ. .

Публикации^

Основное содержание диссертации опубликовано в 18 научных 1ботах. в числе которых 2 изобпетения и одна бипшюря.

Автор благодарит проф., к._т.н. Александпова С.Н. законсуль-нивную помощь ппи подготовке диссертации. всех юаботникпв тахт объединений Орджоникрад^голь и Аютемуголь, вместе с которыми юводились шахтные эксперименты, промышленные испытания и внешние результатов работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I.Совершенствование методики анализа ппоизлодсте иного тряв-.тизмя.

Оценка состояния производственного грачматизма на шахтах ве-!тся не только пп абсолютному количеству пострадявиих, но и по |ум относительным коэффициентам, утвержденным центральным статическим управлением: коэйфипиен,-у частоты Кц и коэ^ициенту :жести ттавматизыа Кт .

Распределение случаев производственного травматизма по месту возникновения показывает, что рабочие оч^ссных забоев шахт крутог падения получают травмы не только на своем рабочем месте, но и пр. следовании по горный выработкам и даже на поверхности шахты.Травмирование рабочих происходит также на откаточных горизонтах во вр-ыя насыпки уг. я из-за несовешенства погрузочных пунктов и застревать угля в углеспускных гезенках.

Существующая нормативная методика анализа.травматизма не учитывав? названные положения и не позволяет оценить состояние безопасности при различных технологических схемах очистных работ,так как не отражает изменений в технике и технологии выемки угля; времени потери трудоспособности; изменения количества рабочих, занятых в очистном забоп; фактическую продолжительность работы в нем. Для устранения названных недостатков методики предложено использовать при анализе травматизма три новых относительных показателя травматизма /6/.

Показатель частоты производственного травматизма в очистных забоях ( А'а^,), характеризующий количество несчастных случаев,приходящихся на 1000 отработанных человеко-смен в очистном забое

где Ар,^. - общ' з количество несчастных случаев в очистном забое за определенный (анализируемый) период времени;

Е> - количество отработанных человеко-сыэн в .очистном зябое за анализируемый период времени.

Показатель числа несчастных случаез, приходящихся на 10000т добытого угля, Ро.я : .

До)

где ~ количество добытого угля за анализируемый период.

Показатели и Ро.^. могут быть рассчитаны по общему травматизму, а также травматизму с тяжелым или смертельным исходом.

Показатель тяжести травматизма в очистных забоях ( То)

* т - '' ОЛ-

где Пол. ~ 0<3шее число человеко-смен потер и трудоспособности

у всех пострадавших, временная нетрудоспособность которых закончилась в отчетном (анализируемо;.:) периоде времени; •

А си ~ числ0 смертельных случаев за тот же период времени. Для оценки влияния технологии выемки угля к, уровень безопасности в лавах учитываются несчастные случаи, которые произошли не только в очистном забое, но и при выполнении работ, необходимых для завершения полного технологического цикла. В частности, это относит-я к монтажно-'демонтажныи работам, проведению монтажной ниши. В таблице представлены результаты сравнения по скорректированной методике уровней травматизма в лавах, полученные для различных технологических схем выемки угля на шахтах ЦРД Базовыми, принятыми за единицу, являются показатели, полученные при щитовой выемке в 1972г.

Таблица

_______

пппо^Фтт : механизиро- : ¿сПМ|ЧЯкнпМ1, : отбойными агрегатами . ЕаНными ком-; к°мбаинами . молоткаш

лексами

Годы

_3,76__ 1972

"I ~1.гГ. _1.43" "3,83"~

' _1^67 _3А5Т Т973

0,Ьо~ ~1.22 "1,49 3,62

х - в числителе » знаменателе - Ро^.

Как следует из данных таблицы, технология выемки угля полосами-по падению щитовыми агрегатами является сак.ой безопасной. Безопасность выемки угля по такой технологической схеме объясняется от- . сутствием наиболее трудоемких и опасных ручных операций по управ- . лению кровлей, выемке угля и возведению крепи /1,2,4,6/.

¡Сак показал анализ производственного травматизма в очистных забоях, оборудованных щитовыми агрегатами, за период с марта 1969г. по май 1974г. при выемке угля не было ни одного случая со смертельным исходом. Яа это время отработано 96 полос шириной 45-65 м и добыто 1397 млн.т. угля: Экономический эффект от эксплуатации агрегатов 1А1Д за 10 мес. 1974г. на шахтах ПО Артемуголь и Орджоникид-зеуголь составил 500 тыс.руб. /6/.

2.Разработка технологии безопасного проведения монтажных и демонтажных работ

При подготовке участка для работы шитового агрегата первоначально предусматривалось проведение 100-200 м вентиляционного и откаточного штреков по разрабатываемому пласту, разрезной печи на высоту зта;;са и монташой ниши на' ширину первой вынимаемой полосы. Для отработки последующих полос проводят все указанные выработки, кроме разрезной печи.

В ЦРД около г?()% вентиляционных штреков проводят по завалу ("восстанавливают").

Из-за необходимости извлечения крепи, отсутствия какой-либо механизации все работы выполняются вручную и в непосредственном контакте с выработанным пространством предыдущего этажа, что непроизводительно и нередко опасно. ■ Среднемесячные темпы восстановления достигли 37 м, а среднемесячные темпы проведения подготовительных выработок по целику - 69м.

зличие почти в 2 раза скоростей проведения отрицательно влит на концентрацию горных работ и применение рациональных схем дготовки выемочных панелей, сдерживает подвигание очистных забо-

Аналия опыта работы, совершенствование технологии щитовой вы-:ки привели к выводу, что при наличии ня вентиляционных горизон-.x полевых или групповых штреков технологически возможно и эко-|мически выгодно разрабатывать пласты щитовыми агрегатами без юведения вентиляпионного штрека по завалу. Технически целесо-¡разно ограничиться ппоп^дением только монтажной ниши /3,6/.

Впервые отработка крутопадающего пласта без проведения венти-нтионного пластового штрека была осуществлена на шахте "Красный ° юфинтерн" ПП Орджоникидазеуголь при внедрении щитового агрегата ( на западном кюыпе пласта Дерезовка.Монтажная ниша высотой < на всю мощность пласта была пройгтена гместо пластового вянтиля-юнного штрека ниже уповня его подошвы на длину монтируемого аг-ггата.

Применение данной технологии подготовки монтажной ниши возмож-э также в таких горно-те*нических и горно-геологических условиях, которых пласт на вышележащем горизонте не разрабатывался или ыемка велась через наклонные породные гезенки, скважины. Эконо-ический эйЛект от внедрения тякого способа подготовки выемочных частков на пласте Дерезовка составил 44.5 тыс.ру<5. в год /б/.

Аналогичная технология была примеиена "а шахте им.К.Маркса ПО рджоникидзеуголь при подготовке выемочных участков для тит^вого тегата «а одиночном выбюопоопасно»» пласте Мазужа-вопток гоо. 50м, Т!ентиля«ионный пластовый штрек по завалу не проводился.Мон-ажная ниша высотой б м на всю мощность пласта проходилась до про-ежуточ"ых квершлагов.

Демонтажные работы при выемке угля полосам;! по падению щитовы ми агрегатами осложняются из-за необходимости удержания нависаице го массива обрушенных пород в дя^питакной камере, а также из-за необходимости поддержания откаточного пластового ттоека. Было предложено /15/ ива названных вопроса решить комплексно: демонтаж ные работы вести под массивом обрушенных пород, краевая часть которого со стороны деунтажной камеры должна упрочняться, а плас-товый откаточный штрек поддерживать искусственными опорами. Тех- • ноле,Л1я создания такой упрочненной полосы заключается в следующем

После отработки полосы угля перед демонтажники работами через межсекционные зазоры в массив обрушенных пород за счет статического или пинамического вдавливания закладываются перфорированные трубы. По труба:.: подается в краевую часть массива обрушенных пород связующий цементный состав с ускорителем отверждения.

При решении вопроса поддержания откаточного пластового штрека изучили опыт поддержания выработок искусственными целиками из монолитных быстротвердеющих смесей (цемент, ангидрид), имеющийся на шахтах Рурского бассейна, в Германии. Существенный недостаток спо соба - большой расход дорогостоящи* материалов, который может быть в значительной мере устранен за счет использования породных наполнителей. В лаборатори;: Ш1ИГД было испытано 20 образцов при различных величинах отношения воды и цемента (0,5-0,7), песка и породного наполнителя, а также при разных режимах соединения'компонентов. Применялся связующий цементный раствор такого состава: сульфатостойкий цемент марок 400 и 500, песок, вода,ускоритель верждения - хлористый кальций. В шахтных условиях велись наблцпч-ния за характером заполняемости и отвергдения смесей на двух куби ^ческих образцах со стороной I х I х I м /15/.

Промышленная проверка способа охраны откаточного пластового ирека искусственными опорами проводилась на шахте им.Ленина при изработке пласта Соленый-восток гор.970 м. На экспериментальном 'частке протяженностью около '<-00 м было возведено 27 искусственных (еликов на протяжении штрека 130 м. Кустокострами штрек поддержи-¡ался'на протяжении 70м. Эффективность нового способа оценивалась ю результатам измерений конвергенции пород кровли-почвы пласта, соторые производились в течение почти 60 суток. Сопоставлялись они ! результатами, полученными при охране штрека кусто-костровыми инструкциями из дерева. Было установлено, что при охране штрека сусто-костровыми конструкциями из дерева максимальные сближения 1а период наблюдений достигали 220-260 км. Пои охране бутобетонны-с 1и целиками - не превосходили 110-165 ш. Сближение в направлении юрмальном напластованию оказалось на 25%, а в горизонтальном в ¡,5 раза меньше.

Результаты измерений позволили сделать вывод о том,что способ юддержания выработок искусственными опорами из быстротвердеюши" ¡месей эффективнее и безопаснее по сравнению с широко применявшми-¡я кусто-кострами.На основе этого вывода представилось возможном определить направленность дальнейших исследований, которая юлжна включать изыскания новых, дешевых и одновременно эффектив-[ых связующих и комплексной механизации процессов возведения ис-гсственнмх опор в лавах, штреках, скатах и т.п. с использованием юроды, получаемой при проведении подготовительных выработок. I ,1-;о рекомендовано /1Г>/ для ускорения внедрения нового способа охра-[ы (поддержания) выработок включить эти исследования в комплекс-ме программы научно-исследовательских, проектно-конструктооских шститутов.

К сложностям охраны откаточных пластовых штреков добавляются ложности проведения их но вмбросоопаснкм пластам. Промышленные

испытания нового способа предотвращения внезапных выбросов, выполненные на ыахте "Красный Октябрь" и заключающегося в выбуривании разгрузочных пазов, доказали, что он достаточно надежен и технологичен /в/. Однако е. з применение, как и любого другого нормативного локального способа, не может абсолютно исключить возможность внезапного выноса угля и газа. Радикально решить вопрос исключения этой опасности может технология очистной выемки в щитовых лавах с ведением её на полевые (групповые штреки).

отработке пласта Л 7 Юльевский-восток гор.460 м на шахте "Углегорская" выемочные участки для щитового агрегата подготавливались без проведения пластового откаточного штрека. Для этого с откаточного штрека |ащитного пласта К* Гончарка, залегающего в кровле пласта К7 на расстоянии 6м, проводился промежуточный квершлаг, в котором для погрузки угля устанавливался конвейер.

Ранее в ЦРД местоположение группового (полевого) штрека определялось по многим факторам, но без учета возможности разработки некоторых из них щитовыми агрегатами. Анализ состояния вопроса приводит к выводу, что применение технологии очистной выемки в щитовых лавах С'ведением её на полевые (групповые) откаточные штреки в соч?ании с проведением групповых (полевых) итреков на вентиляционных горизо тах позволит значительно сократить эксплуатационные расходы при подготовке выемочных участков.

Примером подготовки участка без пластовых штреков для щитовых агрегатов может служить шахта им.Ленина ПО Артемуголь.

На гор.750м пласты Алмазной свиты Кирпнчевка, Мазурка, Левятка, Соленый группировались следующим образом: пласты Мазурка, Девятка и Соленый на пласт Известнячка, а пласт Кирпнчевка - на пласт «1азур как опасный по самовозгоранию. По пластам проводились пластовые вентиляционные и откаточные штреки.

1.3

Малопрочные угли и сложности управления кровлей приводили к завалам лав и обрушениям угля и пород кровли пласта над откаточными штреками.

Для гор.860 м, несмотря на сложность и опасность технологических решений, принятых проектом для гор.750 и, доказанную опытом ведения горных работ на этом горизонте, Днепргипрошахт предлагает такую же схему группирования, которая ранее была предусмотрена для гор.750 м. Но предложенный нами переход на шиховую отработку пластов Девятка, Мазурка и Кирпичевка позволил исключить проведение пластовых штреков на вентиляционном и откаточном горизонтах этих пластов. Отпала необходимость в проведении группового штрека по пласту Известнячка и в восстановлении вентиляционных 1 штреков по завалу на пластах Девятка, Мазурка, Кирпичевка на протяжении 1800 м каждый.

3.Исследование зависимости энергоемкости разрушения и транспортировки угля конвейеростругани щитового агрегата от длины лавы

При проведении промышленных испытаний и в начальный период внедрения щитовых агрегатов длина лавы, как правило, была 40 м. Специфика щитовых лав не позвол..эт сомневаться в том,что при увеличении длины лавы технико-экономические показатели выемки угля могут только улучшаться. Однако удлинение забоя усложняет условия работы конвейероструга: возрастает нагрузка на.привод, увеличивается путь тоанспортиоования отбитого угля и холостого киобега ре-вдшетпанспортирупщих кацеток.

Энергозатраты на разиушение угля и его трансппотииовку зависят от многих факторов, к основным из котопых отклеены прочностные свойства угля, породных прослопо и хапактеристика самой выемочной машины. Измерения энергозатрат производились в двух лчвах:

длиной 53 и 59 м (пласты К? и тахты ^Углегорская" ПО Орджони кидзеуголь по следующей методике /10/.

Перед выемкой прибором ПР-5 определялась сопротивляемость угля резанию по длине лавы и пин загублении. В каждой пачке угля и по- ' родных ппослоях бушли шпуры длиной I ы через 8-10 м по длине лавы. Средняя сопротивляемость рассчитывалась по данным о сопротив-ляег.ости резанию и мощности каждой пачки угля или породного прослоя:

а. я-

А = «ч ,

м ¿=/

где пь - мощность L - ой пачки, м;

А - сопротивляемость резанию I - ой пачки, кгс/см.

Из анализа результатов измерений следует, что сопротивляемость резанию угольных пачек и породных прослоев характеризуется существенной изменчивостью, но средняя сопротивляемость по длине лавы колеблется незначительно (рис.1,1).Отжим угля в лавах обоих пластов оказался небольшим (0,50-0,55 м). что отражает специфику щитовых очистных забоев: подвигание по падению; использование в качестве призабойной и посадочной крепи высокой плотности; наличие обрушенных пород над щитовой крепью по всей плине лавы, выполняющих роль буковой полосы.

При выемке угля мощность, потребляемая электродвигателем кон-вейероструга А/«., одновременно расходуется на холостой ход Нх , разрушение угля Ыр и его транспортировку А/г . В шахтных условиях .разделить мощность, потребляемую на разрушение угля и иа его транспортировку, невозможно.

Мощность, потребляемая электродвигателем конвейероструга при холостом ходе,измерялась перед посадкой агрегята, когда конвеперо-птруг н° был в контакте с забоем. На основании отработки диаграмм

записи мощности и хронометража при выемке определены средняя мощ-•ность на валу электродвигателя и соответствующие ей сопротивляемость угля сезанию, расстояние от углеспускной печи для каждого опыта.

Использование методов математической статистики для аналнза надежности результатов позволило получить следующую зависимость: /Ул, = 30,6 + 0.5/4 + 0,4 Ь .

Коэффициент множественной корреляции Я. =0,90 свидетельствует о наличии пильной связи между исследуемыми признаками. Установлено, что при увеличении длины очистного зябоя на 10 м потребляемая мощность электродвигателя возрастает на 4,1 кВт. На основании полученной зависимости построена номограмма пля определения потребляемой мощности двигателем конвейероструга в иифовом агие-гате при различных значениях параметров А и Ь (рис.1,П).

Вероятные пределы изменения устойчивой мощности А/у. двигателя ЭДК04-МК-67. рязмепенногп ня конвейероструге. составляет 95-П5кВт. По номограмме на .основании этих величин определяется возможная с точки зрения энерговооруженности конвейероструга лли-на лавы. Например, при А/у =115 кВт и А = 120 кгс/см она достигает 59 м.

Полученные в результате выполненного-исследовануя зависимости позволили сделать вывод о том,что при возросшей устойчивой мощности приводя конвейероструга до 150 кВт дчину лавы - ширину выемочной полосы можно увеличить до 80 м.

4.Разработка мероприятий, направленных на обеспечения без- . опасных условий трудя в лавах при выемке щитовыми агрегатами выброспопасных пластов

Громадные технические возможности высокопроизводительной выемки угля щитовыми агрегатами доказывают тот факт, что именно при

К ОПТИМИЗАЦИИ ДЛИНЫ ЛАВЫ Ь , м.

16

А

во

40

/ л —1—> 3 \ —-V

__^ "Г ■ И'

--V

V

/2 22 32 42

25

45 65

85 а,сы

по сопротивляемости резанию А,кгс/см: I и 3 - пласт ¿/ ; "" IX- при заглублении

2 и 4

>

М.,

15о 140 130

120 па*

110

100 п/п

50 ао 7°

200

«С/см 780

/60

/40

120

100

80

60

70

2. /и

по потребляемой мощности электродвигателя конвейеро-с тру га А/, кВт

Рис.1.

такой технологии- на шахте им.Ленина в феврале 1979г. была добыта 31200 т.угля. Среднесуточная нагрузка составила 1172т..производительность труда рабочего достигла 359.3 т., а подвигание лявы -85,6м Эти показатели стали рекордными для Аналогичных пластов ЦРД /II/. Но достигнут рекорд при разработке невыбросоопасного шахтопляста.

4.1.Локальные способы предотвращения внезапных выбросов, применяющиеся на шахтах Донбасса, из-за специфики щитовой лавы не могут быть в ней внедрены. Эффективным региональным способом предотвращения внезапных выбросов угля и газа, в том числе и в щитовых лавах является первоочередная отработка защитных пластов. Но расширение объемов их применения сдерживается по разным причинам, среди которых важнейшая - отсутствие специальных машин. Требование создания таких машин было сформулировано в /4/.

Проведенные в I97dr. приемочные испытания комбайна "Поиск-2" на шахте "Юнком" ПО Орджонйкидзеуголь выявили его высокие эксплуатационные качества. Годовой экономический эффект внедрения был оценен в 21,6 тыс.руб. Возможность применения комбайнов "Поиск"

на пластах минимальной мощностью 0.33 м по сравнению с 0,44 м для

■

аналога А-70п позволит увеличить объемы первоочередной отработки защитных маломощных пластов и породных прослоев /12/.

4.2.0дноЯ из технологических операций разработки'крутых пластов является проведение разрезной печи на всю высоту этажа. Создание безопасных условий труда и достижение высоких технико-экономических показателей проведения выработки в определенных горно-геологических условиях могут быть достигнуты за счет применения способа проведения разрезной выработки, испытанного на шахте "Юнком" ПО Ордконикидзеуголь /5/. Сущность способа заключалась в том,что при проведении выработки применили сейсмоакустический способ прогноза выбросоопасности зон. Одним из определяющих параметров спо-

соба является размещение еейсмоприемников с учетом горнотехнических условий. Исследования в шахтных условиях привели к выводу о том, что его необходимо помещать в шпур длиной 0,5 м, пробуренный по углю снизу вверх под углом 45° по отношению к груди забоя и почве пласта. Максимально допустимое отставание сейсмоприемника от забоя 15м, минимальное -5 м.

Применение описанного варианта использования нормативных способов оценки выбросоопасности позволило в условиях шахты "Юнком" обеспечить б зопасное проведение четырех падающих гезенков на особо выбросоопасных шахтопластах, сократить затраты времени и средств ..а способы предотвращения выбросов в зонах, прогнозируемых как не-выбросоопасные, и обеспечить экономический эффект порядка 4 тыс. руб. Делается вывод о возможности более широкого применения в подготовительных выработках сейсмоакустического метода прогноза выбросоопасных зон с отменой в них противовыбросдах мероприятий.

4.3.Особую опасность в щитовых лавах выбросоопасных пластов представляет внутренний куток /1,4,9/, в области которого происходит подавляющее большинатво внезапных выбросов угля и газа. Уже говорилось о том, что локальные способы предотвращения выбросов в щитовых лавах не применяют. С учетом такого состояния вопроса были разработаны и внедрены две взаимосвязанные разновидности мероприятий, направленных на обеспечение безопасных'условий труда при выемке угля шнтовым агрегатом.

Первое относится к увеличению длины очистного забоя, которое наряду с рассмотренными ранее достоинствами по отношению к минимальной длине лавы, рапной 40 м, позволило в целом уменьшить число внутренних кутков в 1,5 раза при увеличении длины лат; до 60м. Учитывая локальность вяброссопвсиооти /7/, гожно утпе^кдать, что

не менее чем в 1.5 раза уменьшится и вероятность возникновения .внезапных выбросов угля и газа при выемке угля в щитовой лаве.

Второе относится к требованию для обеспечения безопасной эксплуатации агрегатов на выбросоопасных пластах внедрить средства дистанционного управления щитовым агрегатом /1,9/. Ыироко реализовано на шахтах ЦРД управление агрегатом от гезенка, через который в лаву поступает свежая струя воздуха, в сочетании с установкой на исходящей струе датчиков АЮ<1. Травматизм при применении этого решения практически исключается.

4.4.Из опыта разработки выбросоопасных крутых пластов известно, что наибольшее число внезапных выбросов происходит при выемке угля в нижней части лавы, составляющей примерно третью часть наклонной длины. Для предупреждения газодинамических явлений в этой части лавы на шахте им.Румянцева ПО Артемуголь был.проведен эксперимент, во время которого пласт Пугачевка-восток гор.850м был подвергнут обработке камуфлетным взрывом /16/. Для этого из пале:Р.Ого откаточного штрека, пройденного в породах почвы на расстоянии 6-9 м от пласта, бурили скважины", ориентированные параллельно напластованию и перпендикулярно линии простирания. Протяженность участка пласта, на котором проводился шахтный эксперимент, составила 50м. Изменение газодинамического состояния массива оценивалось по данным об изменениях газовыделения из очистного забоя и акустической эмиссии.

Изменение газовыделения определялось на основании измерений концентрации метана в исходящей струе участка датчиками системы АКМ и последующего анализа записи самописцев в увязке с работами на участке.

Установили, что после взрыва зарядов в исходящей участка резко (в 3-5 раз) концентрация метана повысилась. В течение 15-20 ч.

она сникалас и достигла уровня, предшествовавшего производству взрывных работ.

Перед входом нижней части лавы в зону взрывной обработки уровень концентрации метана составлял 0.4-0.5 %. После входа нижней •части лавы в зону взрывной обработки концентрация метана снизилась дд 0.2 -0.1% и сохранилась та этом уровне до выхода лавы из расчетной зоны взрывной обработки.

Изменение акустичеекой эмиссии определялось на основании измерений, выполнявшихся звукоулавливающей аппаратурой ЗУА-4.Было установлено, чт'о выемке угля в зоне взрывной обработки горного массива соответствовало уменьшению уровня акустической эмиссии в 2 раза.

Результаты шахтного эксперимента позволили сделать вывод о том, что взрывание камуфлетных зарядов в породах почвы угольного пласта приводит к снижению его выбросоопасности в нижней части лавы.

4.5.В восьмидесятые годы ДПИ и НПО Углемеханизация создали агрегат НБГ (комплекс безлюдный гидравлический), позволяющий тонкими высоконапорными струями воды вымывать разгрузочные пазы.Один из агрегатов опытной паатии успешно прошел промышленные испытания на т."Комсомолец" ПО Артемуголь. Анализ технических возможностей КБГ с учетом специфики щитовой выемки позволил разработать способ предотвращения выбросов, основанный на принципе щелевой разгрузки, отличающийся тем, что учитывая изменение степени выбросоопасности пласта в выемочном блоке по высоте и простиранию, разгрузочные гчзы вымывают из промквершлага•и располагают их веерообразно. При этом первый паз образуют по границе выемпчного блока со следующим на глубину, равную двум тпетям высоты выемочного блока, а остальные разгрузочные пазы располагают под углом 10-11° к пеово-иу пазу и друг к другу /Т7/.

4.6.Основная особенность очистной выемки в щитовых лавах с -ведением её на полевые (групповые) штсеки заключается.в необходимости проведения промквершлагов и вскрытий ими пласта, перед каждым из которых необходимо выполнять про^ивояыбросные мероприятия.

Анализ опыта веления этих работ приводит к заключению о недостаточно высокой надежности и технологичности применения нормативных способов, а одновременно к выводу о возможности создания нового, более совершенного способа предотвращения выбросов,основанного на использовании КБГ. Способ включает вымывание по простиранию разгрузочных пазов (полостей) на vpoвнe кровли и подошвы промквершлага и отличается тем, что предусмотренное вымывание разгрузочные полостей на уровне кровли выработки проводят под углом 4-В° и затем, не ранее чем через трое суток заполняет её бкстротвердеюшими составами /18/.

5.Разработка способа и средств пылеподавления в щитовой лаве

Условия пылеобразования, а,следовательно, и применение способов пылеподавления при разработке крутых пластов весьма существенно отличаются в лавах с молотковой, комбайновой и щитовой выемкой угля /13/. Наиболее эффективным способом борьбы с пылью является пенный способ. Лри щитовой выемке запыленность воздуха в забое обусловливается отбойкой и перемещением угля кониейеростругом. транспортировкой по углеспускному скату. При такой технологии необходимо равномерно подавать пену по всей длине щитового забоя.Резание угля тогда будет происходить под слоем пены в условиях полной изоляции источников пыли от вентиляционной струи в рабочем пространстве. Экспериментально установили, что равномерно увлажняется уголь тогда, когда подача пены осуществляется у обводной

головки конвейероструга и в середине щитового забоя. Эффективность пылеподавления в -очистном забое при удельном расходе раствора пенообразователя до 40 л/т составляет 99,1-99,6%, а остаточная запыленность воздуха находится на уровне предельно-допустимых концентраций. Эффективность пылеподавления пеной при щитовой выемке в 15,0-37,5 раза выше, чем при комбайновой.Но пенообразователь и оборудование необходимо было усовершенствовать. Пенообразователь ПО 12 обладает запахом технического мыла, относится к биялоги-чески растворимым и малотоксичным веществам и может быть рекомендован для применения. Но оборудование типа СПП для получения пены не работало на Х^-ном растворе пенообразователя ПО № 12. При более высоких концентрациях работало неустойчиво и не обеспечивало получение пены при давлении воды в пожа$Г-оросительном трубопроводе 2-8 кгс/см*\ В связи с этим перед научно-исследовательскими институтами была поставлена задача усовершенствовать оборудование типа СПП. Усовершенствованное оборудование работает устойчиво и обеспечивает получение пены кратностью 120-200. Максимальная производительность по пене составляет 6-8 мэ/мин. Годовой экономический эффект от внедрения его в одном очистном забое составляет 2 тыс.руб^ /13/.

На шахте им.Калинина ПО Артемуголь пенообразователь ПО ),"■ 12 был применен на пласте /^Толстый при щитовой выемке угля. Д"*я получения пены использовалось усовершенствованное оборудование типа СПП. Пеногенераторы устанавливались у обводной головки скреперост-руга и в середине забоя. Кратность пены составляла 120-140,удель-га.Л расход раствора 16-28 л/т. Эффективность пылеподавления в щитовом забое на рабочем месте машиниста агрегата составила 96,097,8$, на вентиляционном штреке 9&%.

о.Профилактика эндогенных понаров

Применяющиеся на шахтах методы и средства изоляции выработанного пространства для предотвращения возникновения эндогенных пожаров заключаются в основном в его заполнении каким-либо инертным веществом, способным ограничивать или исключать проникновение воздуха. Изоляция выработанного пространства, особенно с откаточного горизонта, осуществляется несовершенными средствами и малоэффектив ными дорогостоящими материалами. В 197о-1976г.г.для изоляции восставших выработок на шахтах ПО Артемуголь и Орджоникидзеуголь внедрили карбамидный пенопласт и установку для его получения "Пена-1" /14/.

Пенопласт обладает хорошей адгезией к углю, породе, дереву.металлу, т.е. тем материалам, которое содержатся в выработанном пространстве, нетоксичен, трудновоспламеняем. Под действием горного давления сооружения из карбамидного пенопласта дают усадку до 7080% от первоначальной высоты, но при этом становятся менее воздухопроницаемыми. Такие качества и определили перспективность применения пенопласта как одного из самых эффективных материалов.

Результаты испытаний установки "Пена-1" показали, ^то она работоспособна, надежна и обеспечивает получение пенопласта в заданных режимах.

В шахтных условиях были выполнены исследования зависимости утечек воздуха в выработанное пространство через слой пенопласта различной толщины 0. от депрессии. Установлена зависимость вида:

где й- и ¿6 - эмпирические коэффициенты, полученные по экспериментальным данным с применением корреляционного анализа;

X - депрессия изолируемого выработанного пространства, мм.вод.ет.

Результаты эксперимента позволили сделать вывод, что утечки воздуха снижаются до пожаробезопасных значений пр^толщине слоя пенопласта, превышающей 150 мм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано регаени' актуальной научно-технической задачи, заключавшееся в научном обосновании и разработке комплекса технологических приемов, обеспечивающих повышение уровня безопасности и производительности труда при применении щитовых агрегатов для разработки крутых пластов. Основные научные и практические результаты ее выполнения заключаются в следующем.

1.Доказано, что уровень травматизма в щитовых лавах ниже, чем при применении механизированных комплексов, выемке угля комбайнами, отбойными молотками.

2.Рекомендовано при наличии на вентиляционных горизонтах полевых или групповых штреков применять щитовые агрегаты без проведения пластового вентиляционного штрека, ограничившись лишь проведением монтажной ниши.

3.Установлено, что применение способа упрочнения обрушенных пород над шитовы!.:' агрегатом и охраны пластового откаточного штрека искусственными опорами из быстротвердеющих смесей повышает безопасность и экономичность демонтажных работ.

4 Разработана технология очистной выемки в щитовкх лавах с ведением ее на полевой (групповой) откаточный игрек, учитывающая

пасность проведения штреков по выбросоопасным угольным пластам сложности их поддержания.

5.Установленная зависимость энергоемкости разрушения и транс-ортирования конвейеростругом щитового агрегата от длины лавы поз-олила обосновать целесообразность увеличения длины лавы до 80м и ¡еобходимость в связи с этим увеличения устойчивой мощности приво-,а конвейероструга до 150 кВт.

6 Рекомендовано для создания безопасных условий труда во вре-¡я выемки угля выбросоопасных пластов щитовыми агрегатами:

- расширить объемы применения первоочередной отработки мало-ющных пластов и породных прослоев за счет использования комбай-гов "Поиск-1" и "Поиск-2";

- проведение разрезных (падающих) выработок для подготовки па-[елей осуществлять с прогнозом выбросоопасных зон по акустической (миссии горного массива;

- увеличить длину лавы и обеспечить при этом дистанционное уп-ювление агрегатом от гезенка, через который в лаву поступает све-гая струя воздуха, в комплексе с установкой на исходящей струе дат-шков АК1.1; г

- применять взрывание камуфлетных зарядов в породах почвы шаста нижней части этажа;

- предотвращать внезапные выбросы в щитовых лявах и пои вскрытой пластов промквершлагами за счет применения разработанных способов, основанных на вымывании разгрузочных пазов и использовании 1ринципа щелевой разгрузки.

в.Разработан способ и средства пылеподавления, основанные на 1Рименении пены и позволяющие достичь в щитовых лавах уровня запыленности, не превышающего предельно допустимого.

9.Установлено, что применение для изоляции выработанного 1ростнанства карбамидного пенопласта и установки "Чена-х" позволяет предотвратить возникновение эндогенных пожаров при толщине

слоя пенопласта, превышающей 150 мм.

ХО.Все разработки, относящиеся к созданию технологии проведения монтажных ниш и демонтажных работ; оптимизации длины лавы; мероприятиям по обеспечению безопасных условий труда в лавах во время выемки угля щитовыми агрегатами выбросоопасных пластов; созданию способа и средств пылеподавления;профилахтике эндогенных пожаров внедрены на шахтах ЦРД.

На отдельных этапах промышленных испытаний и внедрения перечисленных рулений в различные годы производилась оценка экономической эффективности их реализации.Она даже за отдельные периоды времени и в ценах прежних лет составила около 600 тыс. руб.в год.

Основные положения диссертации, представленной в форме научного доклада, содержатся в 18 научных работах, в числе когорых 2 изобретения, одна брошюра и 15 статей:

1.Малюга М.Ф., Узун А.Ф..Моложан А.И. Щитовые агрегаты на шахтах комбината Орджоникидзеуголь. //Уголь Украины.- 1973.-#12.-С.18-19.

2.Малюга М.Ф. Проблему разработки крутых пластов необходимо решать комплексно и более ускоренными темпами.//Уголь Украины.-1974.- 5.- С. 15-16.

3.Малюг* U.S., Мирошников С.И., Садиков В.П. Подготовка монтажной ниши при отработке крутых пластов щитовыми агрегатами // Технология добычи угля подземным способом,- 1974.- V 7(91).-

С.29-30.

4.Ыалюга Ы.Ф.,Соколов А.А. О состоянии проблемы предотвращение. выбросов угля и газа в комбинате "Орджоникидзеуголь" // Уголь.- 1974г№ 10.- С.30-32.

5.Некрасовский В.II...Ыашога M.S.,Киян П.Н. Опыт подготовки выбросоопасных пластов падающими гезенками с применением сейсмо-акустического метода прогноза.Экспресс-информация.- Ы. iHHMM-ynwib,—1974.- C.I0-I3.

6.Эффективность и безопасность отработки крутопядаюших пластов щитовыми агрегатами/ Малюга М.Ф., Мирошников С.И., Батыгин С.П. и др.- M.J ЦНИЭИуголь.- 1975.- 30с.

7. Жуков В.Е., Ыалюга М.ф. Выбор способа управления горным давлением на крутых выбросоопасных пластах.// Безопасность труда в промышленности.- 1976.- № 3.- С.52-55.

6.Николин В.И., Васильчук М.П.,Малюга М.Ф.Применение раз- ., грузочных пазов в забоях штреков крутых выбросоопасных пластов// Безопасность труда в промышленности.- 1976.- Р 4.- С.39-41.

9.Николин В.И..Балинченхо И.И., Ыалюга М.Ф. Выемка выбросо-пасных пластов щитовыми агрегатами // ТБОТ и ГД.- 1976.-» 10,-.16-17.

Ю.Саликоа Ш., Ыалюга ti.fi., Иванов В.Л. Энергозатраты на азрушение угля и его транспортировку конвейеростругом агрегата Щ 7/ Уголь Украины.- 1Ö79.- » 3.- (Г.22-23.

11.Ыалюга Ы.Ф. Тысячетонная нагрузка на лаву на пластах круто-о падения/УУголь.- 1979.- # 10.- С.3-9.

12.Ыалюга Ы.Ф., Стебунов В.Е., Иванов И.Ф. Коибайны "Поиск" ля разработки весьма тонких наклонных и крутых пластов.//Уголь краины.- 1979.- » 8.- С.32-33.

13.Пенный способ борьбы с пылью на шахтах Центрального района [онбасса /Ыалюга И.Ф., Прииашов Б.И., Жиляев Н.И. и др.//Уголь краины.- 1980.- * I.-C.55-37.

14.Бахманов Г.С., Ыалюга 11.$., Стебунов В.Е. Применение кар-амидного пенопласта для изоляции выработанного пространства// 'голь Украины.- 1982.- » 8.- С.32-33.

15.Воскобоев Ф.Н., Аносов О.С., Ыалюга Ы.Ф. Охрана и поддержки е выработок искусственными опорами из монолитных быстротвер-¡еших смесей //Уголь Украины.- 1983.- * 4.- C.I4-Í5.

16.Ыалюга Ы.Ф.,Кусов Н.Ф., Кузнецов А.А.Предотвращение выбро-юопасности угольного пласта взрыванием каиуфлетных зарядов // гголь.- 19871- » 8.- С.40-43. ^

17.А.с. 1305386 СССР ЫКИ E2I 5/00. Способ предотвращения вне-latiHux выбросов угля и газа при выемке крутых пластов /Николин В.И., шександров С.Н., Друпов H.A., Ыалюга Ы.Ф., Степанович Г.Я., Никол юн В.В.- Опубл. 1907. Бюл.» iá.

18.А.с.1446321 СССР, ЫКИ E2I 5/00. Способ предотвращения общения угля над кровлей выработок, пройденных в выбросоопасных шастах /Николин В.И., Александров С.Я.. Друпов H.A., Николин В.В., 1алюга Ы.&., Степанович Г.Я.- 0публЛ988.Бпл.№ 47.