Спосіб виймання вугільного пласту та комбайн для його здійснення

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано при выемке угольных пластов, в том числе антрацитовых пологого и наклонного падения добычными комбайнами. Широко известны способы выемки угольного пласта узкозахватными очистными комбайнами [1]. В качестве прототипа выбран способ выемки угольного пласта, включающий подготовку очистного забоя, отбойку и погрузку угля добычным комбайном и транспортирование его из очистного забоя [2]. Недостатком этого способа является высокая энергоемкость разрушения угольного массива и высокая измельченность угля. Известны добычные комбайны, предназначенные для очистной выемки угольных пластов пологого и наклонного падения [3]. Прототипом предлагаемого изобретения выбран узкозахватный комбайн, например, 1ГШ-68 [4], состоящий из корпуса, электропривода, редуктора, механизма подачи, оснащенный двумя выемочными шнеками одинакового диаметра, симметрично расположенными по концам корпуса комбайна. Недостатком этого комбайна является то, что выемка угля осуществляется на большую часть мощности, а иногда и на полную мощность (диаметр шнеков - 1,0м) напряженного в краевой части пласта, что сопряжено с дополнительными энергозатратами и излишней измельченностью угля. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа выемки угольного пласта, в котором образованием разгрузочноврубовой щели обеспечивается снижение энергоемкости разрушения угольного массива, а также создаются условия для повышения крупности кусков угля. Поставленная задача решается тем, что в способе выемки угольного пласта, включающем подготовку очистного забоя, отбойку и погрузку угля добычным комбайном и транспортирование его из очистного забоя, согласно изобретению, первоочередно в угольном пласте по направлению движения комбайна образуют разгрузочно-врубовую щель шириной, равной ширине захвата комбайна, и высотой по мощности пласта (h), определяемой из выражения: kms/E £ h £ 0,3m, где m - мощность пласта, м; s - величина напряжений в угольном пласте на расстоянии от забоя, равном ширине захвата комбайна, МПа; E - модуль упругости угольного массива в призабойной части пласта, МПа; k - коэффициент пластичности, а также, согласно изобретению, разгрузочно-врубовую щель образуют в кровле или почве пласта в более мягкой его пачке. Известны технические решения образования щели по всей длине лавы врубовой машиной, как с целью интенсификации последующей взрывной отбойки угля, так и с целью борьбы с выбросами угля и газа за счет изменения газодинамического состояния призабойной части выбросоопасного пласта [5]. В отличие от известного технического решения в предлагаемом способе разгрузочно врубовую щель образуют в процессе выемки угля комбайном с опережением щели на величину, равную расстоянию между шнеками комбайна. Размер разгрузочно-врубовой щели по высоте ограничен снизу величиной h £ kms/E, чем исключается смыкание щели по высоте в процессе разгрузки и упругого восстановления пласта и достигается полная разгрузка призабойной части пласта и создаются условия для снижения энергоемкости разрушения и повышения крупности кусков угля [6]. Верхний предел размера щели по высоте h £ 0,3m выбран из условия эффективности поставленной цели - снижения энергоемкости разрушения и увеличения крупности кусков угля. Техническое решение по образованию разгрузочно-врубовой щели в кровле или почве пласта, в более мягкой его пачке, направлено на достижение поставленной задачи - снижения энергоемкости разрушения. Это техническое решение выполняется при реализации способа на угольных пластах двухпачечного и более сложного строения. Положительный эффект снижение энергоемкости разрушения угольного массива и повышение крупности кусков угля - достигается за счет использования сил горного давления и рационального применения данных по естественной трещиноватости и фрактальной размерности добываемых углей [7]. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования комбайна для выемки угольного пласта, в котором, за счет обоснованного расчета размеров выемочных шнеков и их взаиморасположения, обеспечивается снижение энергоемкости разрушения угольного массива, а также создаются условия для повышения крупности кусков угля. Поставленная задача решается тем, что в комбайне для выемки угольного пласта, состоящем из корпуса, электропривода, редуктора, механизма подачи и гидроприводов управления, оснащенном двумя выемочными шнеками, симметрично расположенными по концам корпуса комбайна, согласно изобретению, передний по коду движения комбайна при выемке угля врубовый шнек при одинаковой длине, равной ширине захвата комбайна, со вторым отбойно-навалочным шнеком имеет диаметр (d), определяемый из выражения: kms/E £ d £ 0,3m, (обозначенный выше), а расстояние между шнеками должно быть не менее L ³ Vt, где V - скорость движения комбайна при выемке угля, м/с; t - время полной разгрузки угольного пласта при образовании щели, с. Обоснование диаметра врубового шнека комбайна для выемки угольного пласта приведено выше - в описании способа при обосновании размеров разгрузочно-врубовой щели по высоте h. Нижний предел расстояния между шнеками L ³ Vt выбран из расчетов опережения забоем разгрузочной щели выемочного забоя, достаточного для полной разгрузки подрубаемой части пласта при максимальной скорости подачи комбайна (0,1м/с) [4]. Верхний предел расстояния между шнеками обоснован рациональными конструкторскими размерами угольных узкозахватных комбайнов, которые диктуются мощностью разрабатываемых пластов, массой комбайна, мощностью его приводов. Усовершенствованный таким образом комбайн позволит достигнуть положительного эффекта - снижения энергоемкости разрушения угольного массива и повышения крупности кусков угля за счет использования сил горного давления и рационального применения данных по естественной трещиноватости и фрактальной размерности добываемых углей. Способ осуществляется следующим образом. Перед отработкой угольного пласта определяют механические характеристики угля E и k и измеряют в призабойной зоне величину напряжений s в направлении ортогональном плоскостям простирания и падения пласта. По этим показателям определяют параметры врубовой щели и приступают непосредственно к выполнению способа. В очистном забое, который оборудован добычным комбайном, оснащенным врубовым и отбойно-наволочным шнеками соответствующих размеров, выполняют подготовительные работы и задвигают комбайн в нишу. Затем производят зарубку врубового шнека в массив и образование по направлению движения комбайна разгрузочноврубовой щели в почве или кровле пласта. После перемещения комбайна на расстояние, равное расстоянию между его шнеками, начинают отбойку разгруженного массива отбойнонавалочным шнеком. Далее продолжают опережающее образование разгрузочной щели и одновременную отбойку угля, погрузку его на призабойный конвейер и транспортирование из очистного забоя. Пример конкретного выполнения способа и применения добычного комбайна. Способ выполняется в горно-геологических условиях шахты "Красный Партизан" ПО "Свердловантрацит" при отработке пласта k6. Антрацитовый пласт k6 мощностью 1,28м, угол падения 8°, не опасный по газу, пыли и выбросам. Уголь марки А, крепостью 2,7, с ярко выраженной кливажной трещиноватостью. Лава длиной 200м оборудована механизированным комплексом КМ-87Д с комбайном 1ГШ-68. В комбайне один из выемочных шнеков диаметром 1,0м заменен на врубовый шнек диаметром 0,3м. Расстояние между осями шнеков по длине комбайна не изменено - 6,14м. По вертикали расстояние между осями шнеков регулируется гидродомкратами от 0 до 0,95м. Рабочая скорость подачи 0 - 6,0м/мин. Величина напряжений в призабойной части s = 24МПа, модуль упругости E = 2,5 × 104МПа, коэффициент пластичности k = 0,83. Порядок работ в каждой добычной смене следующий. Первоначально выполняют подготовительные операции в забое: замену и подтяжку резцов на шнеках комбайна, осмотр и мелкий ремонт электрохозяйства и рукавов подачи воды в систему орошения и др. Затем задвигают комбайн в нижнюю нишу, производят зарубку врубового шнека в массив и начинают образование разгрузочно-врубовой щели в почве пласта. Одновременно производят отбойку разгруженного массива отбойно-навалочным шнеком, погрузку его на призабойный конвейер и доставку на конвейерный штрек. В это же время производят выемку и крепление верхней и нижней ниш. После выемки заходки глубиной 0,63м на полную длину очистного забоя комбайн опускают в нижнюю часть лавы с одновременной зачисткой призабойного пространства. Следом за комбайном производят передвижку конвейера и секций призабойной крепи. После достижения комбайном нижней ниши и полной передвижки конвейера и крепи на величину заходки производят крепление сопряжения лава-штрек и выполняют концевые подготовительные операции. Цикл по добыче угля выполняется за одну смену. Таким образом, в добычную смену добывается 300 тонн антрацита, в сутки - 900 тонн. Применение предлагаемого способа и комбайна позволяет снизить энергозатраты на разрушение угольного массива на 20 - 30% и повысить сортность угля по крупности кусков. Так, для антрацитов выход фракций АК и АКО увеличивается на 40 - 50%. Источники информации 1. Горная энциклопедия / Гл. ред. Е.А. Козловский; Ред. кол.: М.И. Агошков, А.С. Болдырев и др. - М.: Сов. энциклопедия. - Т.4. 1989. - С.44. 2. Бурчаков А.С., Гринько Н.К., Черняк И.Л. Процессы подземных горных работ. - М.: Недра, 1982. - 423с. 3. Машины и оборудование для угольных шахт: Справ. / Под ред. С.Х. Клорикьяна и В.Н. Хорина. - М.: Недра, 1974. - 328с. 4. Комбайны для очистных забоев. Справочная картотека (дополнения). - М.: ЦНИЭИуголь, 1973. - 154с. 5. Зорин А.Н., Долинина Н.Н., Колесников В.Г. Механика управления гетерогенным упругонаследственным горным массивом. - К.: Наук. думка, 1981. - 288с. 6. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарьян Э.В. Основы механики горных пород. - Л.: Недра, 1977. - 503с. 7. Булат А.Ф., Лукинов В.В., Репка В.В. Фрактальная природа структур разрушения горных пород и массивов. - ДАНУ. - 1994. -№4. С.49 - 51.