Поворот механизированных комплексов в лавах: технологии, классификация и опыт применения

Введение в проблематику. Широкое внедрение механизированных комплексов на угольных шахтах обусловило необходимость повышения эффективности их использования во времени. Переход горных работ на глубокие горизонты сопровождается увеличением нарушенности угольных пластов, что приводит к сокращению длины выемочных столбов. Данная тенденция вызывает рост частоты операций по монтажу и демонтажу оборудования. В результате коэффициент использования комплексов по времени на непосредственной добыче угля не превышает 20–25% от общего срока отработки столба.

Новое технологическое направление. Совершенствование методов монтажа и демонтажа оборудования стало ключевым направлением в отечественной и зарубежной практике. В рамках этого подхода разрабатываются технологические схемы, обеспечивающие непрерывную выемку угля. Принцип заключается в отработке нескольких выемочных столбов без перемонтажа оборудования, осуществляя его пространственный разворот. Эта методика позволяет значительно увеличить продолжительность работы комплекса на одном участке.

Классификация поворотов лав. Современные системы поворотов лав классифицируются по нескольким ключевым признакам. По величине угла поворота различают полный поворот на 180° для выемки в противоположном направлении и ограниченный поворот. По характеру перемещения центра разворота системы подразделяются на повороты вокруг неподвижной точки, с перемещением по прямой или по криволинейной траектории. По числу поворотов до демонтажа выделяют одиночный и многократный типы.

Отечественный опыт: шахта «Распадская». В России успешно реализованы повороты комплексов ОКП, УКП, КМ130 на предприятиях Кузбасса. Ярким примером служит разворот на 180° комплекса КМ130 (IV типоразмер), выполненный на шахте «Распадская». Работы велись в пласте 7–7а мощностью 3,9 метра с углом падения 8° (рис. 82). Длина прямолинейных участков выемочных столбов составляла 300 и 280 метров с запасами 210 и 200 тысяч тонн соответственно, а в зоне разворота на дуге 438 метров — 160 тысяч тонн.

Рис. 82. Выкопировки из плана горных работ по пласту 7 - 7адо (а) и во время (б) разворота комплекса КМ 130: 1, 8, 11 - вентиляционные штреки; 2, 3, 4, 5 - соответственно конвейерный, людской, западный и восточный путевые уклоны; 6 - рельсовый путь; 7, 14 - конвейерные штреки; 9 - лава, оборудованная комплексом 4KMI30; 10 - телескопический ленточный конвейер 1ЛТ80; 12 - скребковый конвейер 1СР70М; 13, 15 - соответственно перегружатели 1ЛТП и ПТК1

Технологический процесс разворота был реализован в три последовательных этапа. На первом этапе комплекс был постепенно развернут на 90°. Далее, на протяжении 10 метров, лава двигалась прямолинейно для стабилизации положения. На заключительном этапе был выполнен второй поворот на 90°, что в сумме составило требуемые 180°.

Международная практика: примеры Германии. Значительный опыт в области разворотов накоплен на германских шахтах, таких как «Вестфален» и «Проспер Ханиэль». Только в 1986 году там было выполнено более 20 поворотов лав. В семи случаях был осуществлен одноразовый полный поворот на 180°, а в восьми — на угол менее 180°. Необходимость таких маневров была продиктована малой длиной столбов, ограниченных геологическими нарушениями и размывами пластов.

Успешная реализация технологии на шахте «Проспер Ханиэль» (рис. 83, а) позволила эксплуатировать комплекс без демонтажа на протяжении 8,5 лет. Суммарная протяженность пройденного выемочного столба достигла 5,9 километра. При отработке пласта «Президент» был выполнен полный поворот, в результате которого после выемки двух столбов общей длиной 2800 метров забой вернулся в исходную позицию (рис. 83, б).

Рис. 83. Примеры поворотов лав на шахте «Проспер Ханиэль» (а), при отработке пласта «Президент» (б), на шахте «Вестфален» (в)

На шахте «Вестфален» (рис. 83, в) была отработана сложная схема с множественными геологическими нарушениями. Четыре выемочных столба общей длиной 3400 метров были пройдены одной лавой за счет неоднократного разворота. Срок непрерывной эксплуатации механизированного комплекса без демонтажа составил около пяти лет, что подтвердило высокую эффективность метода.

Эффективность и условия применения технологии. Накопленный мировой опыт доказал экономическую и технологическую эффективность применения поворотов очистных забоев. Технологические схемы разворотов уникальны из-за многообразия горно-геологических условий и существующей планировки горных работ. Поворот комплекса на угол менее 180° рационально применять для отработки запасов на участках со сложной конфигурацией.

Одноразовый разворот комплекса на 180° целесообразен, когда выемочное поле имеет размер по простиранию, допускающий размещение только двух лав рациональной длины. Многоразовый разворот применяется на участках с ограниченной длиной, но с достаточными размерами для размещения трех и более лав. Количество разворотов определяется необходимостью обеспечения суммарной длины столба, достаточной для полной выработки технического ресурса оборудования.

Способы изменения траектории забоя. Существует три основных способа изменения траектории движения очистного забоя. Первый способ предполагает изменение положения базовой балки конвейерного става при его передвижке «волной». Второй способ основан на согласованном движении всех секций крепи под углом к фронту с последующим диагональным движением комплекса.

Третий способ осуществляется путем выемки полос угля переменной ширины, обусловленной допустимым углом излома забойного конвейера. Использование первых двух методов приводит к значительному, на 50–60%, снижению производительности комбайна. Наиболее эффективным признан третий способ, при котором производительность снижается всего на 10–15%.

Технологическая последовательность операций. Операции по развороту комплекса в каждом цикле выполняются в строгой последовательности. После выемки последней полосы на прямолинейном участке секции крепи передвигаются по всей длине комплекса. Комбайн останавливают, не доходя до обводной выработки на расстояние, равное длине первой ступени. Забойный конвейер на этом участке придвигается к забою диагонально.

Комбайн, двигаясь по диагональному участку, производит выемку косым заездом, а секции крепи передвигаются вслед за ним. При обратном ходе комбайн зачищает почву лавы, после чего процедура повторяется для следующей ступени. Ширина косых полос изменяется от нуля до полной ширины захвата комбайна. В зоне поворота уголь вынимается не на полную мощность для защиты оборудования.

После снятия последней полосы и зачистки лавы завершается первый цикл, в результате которого комплекс разворачивается на угол примерно 2°30'. После нескольких циклов, в зависимости от состояния кровли, вынимается одна полоса постоянной ширины. Особое внимание уделяется усилению крепи в зоне сопряжения лавы с выемочной выработкой и использованию схем с подвижным центром разворота для повышения эффективности.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Жежелевский Ю. А., Федерова М. А.

Источник: Система разработки угольных месторождений.

Данные публикации будут полезны студентам вузов, обучающимся по специальности «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», начинающим специалистам горной промышленности, а также всем, кто интересуется технологиями подземной добычи угля.