Угледобывающие агрегаты

Угледобывающие комплексы с механизированными крепями разрабатывались и разрабатываются в основном для осуществления цикличной технологии выемки угля с перерывами в работе очистной машины при выполнении вспомогательных (концевых и маневровых) операций.

Технология выемки угля с помощью угледобывающих комплексов многооперационная и требует постоянного присутствия людей в очистном забое.

История создания угледобывающих агрегатов

В 50-х годах в СССР были развернуты работы по созданию угледобывающих агрегатов, т.е. таких систем очистного забойного оборудования, в которых различные функциональные машины имеют не только технологические (широко- и узкозахватные комплекты очистного оборудования) и кинематические связи (угледобывающие комбайновые и струговые комплексы), но главным образом конструктивные связи.

Агрегат А2

Испытания первого очистного агрегата А2 конструкции института «Гипроуглемаш» начались в 1958 г. на шахте «Ново-Мосьпино» в Донецком угольном бассейне.

Агрегат А2 имел в своем составе струговой исполнительный орган челнокового действия, передвижной скребковый конвейер, механизированную крепь, перегружатель и гидрооборудование.

Особенность этого агрегата — наличие структурно развитой базы, которую составляли став конвейера и забойные секции крепи, расположенные по длине очистного забоя через одну с посадочными секциями. За период с .1958 по 1965 г. в Донецком бассейне испытывалась опытная партия агрегатов А2 в количестве 8 шт.

Несмотря на то, что при испытаниях агрегатов на пластах мощностью 1,3—1,8 м фактическая среднесуточная добыча угля (269 т) далеко не достигла расчетного значения 1000 т, экономические показатели работы агрегата были положительными.

Агрегат СА

Дальнейшее развитие структура очистного агрегата получила в конструкции стругового автоматизированного агрегата СА (разработчики — МГИ и Узловский машиностроительный завод).

Агрегат в своем составе имел:

• струговый исполнительный орган челнокового действия,
• скребковый забойный конвейер,
• механизированную забойную крепь оградительно-поддерживающего типа,
• крепи сопряжения,
• системы направленного передвижения в плоскости и профиле пласта.

Став конвейера и соединенные с ним шарнирно забойные секции крепи составили базу агрегата, которая передвигалась на забой фронтально. В качестве базовых использовались обычные секции механизированной крепи (каждая вторая секция).

Опытная партия агрегатов СА в количестве 5 шт прошла испытания на шахтах Подмосковного и Кузнецкого угольного бассейнов в 1964—1970 гг. В целом результаты испытаний были положительными.

Производительность труда рабочего очистного забоя составила 68,3 т/выход, а участковая себестоимость угля — 0,45 руб. Однако устойчивой расчетной нагрузки на забой получить не удалось. Вместо 1200 т/сут она составила фактически 670 т/сут.

Агрегат A3

Большую роль в отечественном агрегатостроении сыграла разработка Гипроуглемашем конструкции агрегата A3. Многие технические решения, заложенные в этом агрегате, нашли эффективное применение в последующих типах агрегатов.

Если в агрегатах А2 и СА при фронтальной подаче базы на забой использовался струговый исполнительный орган цикличного действия, то в агрегате A3 был применен многоструговый отбойно-доставочный кольцевой исполнительный орган, замкнутый в вертикальной плоскости.

Крепь агрегата состояла из одностоечных секций оградительно-поддерживающего типа. Для подачи отбойно-доставочного органа на забой, а также крепи с активным подпором на каждой секции предусмотрены два гидродомкрата — по одному у основания и перекрытия.

В агрегате A3 была предусмотрена:

• фронтальная обработка угольного забоя одновременно по всей длине очистного забоя на всю вынимаемую мощность пласта при непрерывной подаче отбойно-доставочного органа агрегата на забой;
• фронтальная, одновременная передвижка групп секций крепи по всей длине очистного забоя;
• дистанционное управление агрегатом с находящегося в штреке пульта управления.

Агрегат A3 имел недостаточную управляемость в профиле пласта. Кроме того, отсутствие забойного конвейера и доставка отбитого угля каретками и скребками исполнительного органа приводили:

• к его переизмельчению,
• большому пылеобразованию,
• низкой производительности и большой энергоемкости процесса выемки.

Все это не позволило достичь агрегату A3 на пологом пласте устойчивых технико-зкономических показателей.

Вместе с тем при опытной эксплуатации этого агрегата на крутом пласте на шахте «Новая» в Кузбассе была достигнута месячная добыча 6000 т при максимальной суточной производительности 400 т.

Этим агрегатом был отработан столб длиной 350 м. С учетом этого положительного результата дальнейшие работы над агрегатом продолжались с целью приспособления его к эксплуатации на крутых пластах и был создан агрегат АКЗ, который в настоящее время выпускается серийно.

Агрегат A3 и другие агрегаты, выполненные по указанной принципиальной схеме (АКЗ, Ф1), получили название фронтальных агрегатов.

Такие агрегаты позволяют осуществлять:

• малооперационную технологию работ в очистном забое;
• совмещение во времени всех операций в очистном забое и на прилегающих штреках;
• вывод людей из забоя во время выполнения этих операций.

Фронтальный агрегат АКЗ

Фронтальный агрегат АКЗ предназначен для выемки наклонных и крутых пластов мощностью 1,6—2,5 м с сопротивляемостью угля резанию до 200 кН/м, породами кровли средней устойчивости и сопротивлением почвы вдавливанию до 0,75 МПа.

Основные элементы агрегата АКЗ (рис. 2.28):

• кольцевой струговый исполнительный орган 2, состоящий из пластинчатой цепи 17, 11 шт. резцовых кареток 14 и двух приводов 1 и 5 по концам очистного забоя;
• став 15 агрегата, состоящий из оснований 3 и телескопических передних стенок 13 с верхними и нижними направляющими 9 и 4 исполнительного органа 2,
• механизированная  крепь 10 — секционная одностоечная оградительно-поддерживающего типа, состоящая из верхняков 27, спинок 20, стоек 19 и башмаков 16 с опорами 18 для установки стоек;
• две крепи сопряжений 8 и 77 с конвейерным и вентиляционным штреками;
• скребковый перегружатель 6 на колесном ходу,
• пульт управления 7,
• магнитная станция МСВ,
• три насосные станции СНУ5,
• оросительная установка НУМС200С,
• гидро- и электроразводка.

Принцип работы агрегата АКЗ

При работе агрегата его став вместе с направляющими 72 резцовых кареток 14 и исполнительным органом в целом движется на забой, отталкиваясь секционными домкратами от распертых секций.

Уголь отбивается кольцевым струговым исполнительным органом и самотеком транспортируется до штрекового перегружателя. Управление скоростью подачи исполнительного органа на забой и разворотом става агрегата осуществляется с центрального, расположенного на штреке, пульта управления 7.

После выбора хода домкратов 1/3 всех секций крепи последние дистанционно разгружаются, подтягиваются своими домкратами к движущемуся ставу, а затем распираются и включаются на подачу става.

В период выдвижки 1/3 секций став движется на забой за счет домкратов остальных 2/3 секций. Информация о выдвижке секций крепи с помощью, встроенных в гидродомкраты датчиков (герконов) отображается на пульте, индикации.

Крепи сопряжения передвигаются при местном управлении двумя машинистами. Таким образом обеспечивается работа агрегата по добыче угля без присутствия людей в очистном забое и с минимальным количеством обслуживающего персонала (агрегат обслуживают четыре человека).

Фронтальный агрегат АКЗ применяется в следующих условиях:

• система разработки длинными столбами по простиранию:
• угол падения пласта 35—90°,
• длина очистного забоя 60 м.

Теоретическая производительность фронтального агрегата

Теоретическая производительность Q (т/ч) фронтального агрегата:

где

• H_пл — вынимаемая мощность пласта угля, м;
• L — длина очистного забоя, в котором работает агрегат, м;
• у — плотность угля, т/м3;
• V_у — скорость фронтальной подачи исполнительного органа агрегата, м/мин.

Для фронтальных агрегатов цикличного действия с кольцевым струговым исполнительным органом имеют место не совмещённые с работой исполнительного органа концевые операции, включающие в себя передвижку групп секций лавной крепи после выдвижения базы на величину хода гидроцилиндров подачи базы агрегата на забой и крепи сопряжения очистного забоя со штреками.

Техническая и эксплуатационная производительность агрегатов цикличного действия

Техническая Q_т и эксплуатационная Q_э производительность агрегатов цикличного действия рассчитывается по формулам (2.11) и (2.13) для угледобывающих комплексов.

Если во фронтальном агрегате перемещение на забой групп секций крепей очистного забоя и сопряжения совмещено с перемещением на забой базы, а следовательно, и исполнительного органа агрегата, то полностью исключаются концевые операции, и такой агрегат по конструктивной схеме является агрегатом непрерывного действия.

Для фронтального агрегата непрерывного действия коэффициент совершенства схемы работы k_с = 1 и

т.е. техническая производительность фронтального агрегата непрерывного действия полностью определяется теоретической производительностью его исполнительного органа и уровнем надежности агрегата, оцениваемым значением коэффициента готовности k_Г.

Причем значение k_Г полностью определяет значение коэффициента технически возможной непрерывности работы агрегата k_T.

Таким образом, уровень надежности автоматизированных фронтальных агрегатов, предназначенных для выемки угля без присутствия людей в забое, определяет, главным образом, возможность выполнения такими агрегатами своих функций.

Необходимость посылки людей в очистной забой диктуется только необходимостью ликвидации отказов забойных элементов агрегата.

Конвейеро-струговые агрегаты 1АНЩ и 2АНЩ.

На крутых пластах нашли также широкое применение конвейеро-струговые агрегаты 1АНЩ и 2АНЩ.

Агрегаты предназначены для комплексной механизации очистных работ на пластах с углом падения 35—90° мощностью от 0,7 до 1,3 м (1АНЩ) и от 1,2 до 2,2 м (2АНЩ) широкими полосами (60 м) по падению пласта при сопротивляемости угля резанию до 200 кН/м.

Агрегат 1АНЩ (рис. 2.29) состоит из гидрофицированной щитовой крепи, конвейероструга 7, насосной станции, электрического или пневматического оборудования и системы орошения, расположенных на вентиляционном штреке.

Конвейероструг представляет собой выемочно-доставочную машину фронтального действия, осуществлящую выемку угля по всей мощности пласта и длине забоя, а также доставку его к углеспускной печи.

Щитовая крепь агрегата состоит из двух групп двухстоечных секций (стойки двойной гидравлической подвижности): основных 2 и вспомогательных 4, чередующихся через одну.

Каждая группа секций кинематически обособлена, передвигается принудительно. Основные двухстоечные секции- состоят из линейных секций 2, секций подвески конвейероструга и концевых 2.

Секции подвески в отличие от линейных имеют на основании проушины, в которых закреплены гидравлические телескопические (с гидродомкратами) рычаги подвески 5.

К основанию секции приварена опора и установлен гидродомкрат 6 качания конвейероструга. Основные секции соединены между собой в единую группу двумя рядами связей по передним и задним гидростойкам.

• Вспомогательные секции 4, с основаниями клиновидной формы, установлены между основными, не имеют между собой кинематической связи и соединены гидродомкаратами 3 подачи секций с конвейероструга м.
• В исходном положении основные и вспомогательные секции крепи придвинуты к забою и расперты. Конвейероструг находится в контакте с углем. Далее включаются привод конвейероструга и насосная станция.
• Конвейероструг гидродомкратами телескопических рычагов подается на забой для получения первоначального вруба. Гидродомкраты 3 вспомогательных секций при этом раздвигаются.
• Далее гидродомкратами 6 конвейероструг перемещается к почве пласта и происходит выемка угля по всей мощности пласта. При этом гидродомкраты основных и вспомогательных секций раздвинуты на шаг выемки (глубину вруба).

Вспомогательные секции разгружаются и подтягиваются гидродомкратами 3 к балке конвейероструга одновременно по всей длине или поочередно. После передвижки вспомогательные секции снова распираются в боковые породы. Затем производятся снятие распора, передвижение гидродомкратами и распор основных секций 2 крепи.

Агрегат 2АНЩ имеет аналогичную конструкцию.

1АНЩМ и 2АНЩМ

В настоящее время разрабатываются модернизированные агрегаты 1АНЩМ и 2АНЩМ.

У них повышена суммарная мощность приводов в электрическом исполнении до 185 кВт и в пневмоисполнении до 125 кВт. Это позволяет повысить расчетную производительность до 2,2 — 3 т/мин.

• Сопротивление поддерживающей части крепи увеличено до 250 кН/м2. Коэффициент затяжки кровли возрос с 0,7 до 0,75.
• Ресурс до капитального ремонта составляет 240 тыс. т.
• Управление агрегатами дистанционно-автоматизированное.