Лекция 5. Процессы механизированной выемки угля

5.1 Общие сведения о выемке угля

Выемка угля это совокупность рабочих операций: внедрение в пласт (зарубка), отделение угля от массива (отбойка), его разрушение (дробление) и погрузка. Для выполнения этих операций используются электрическая, пневматическая, гидравлическая и взрывная виды энергии, комбинации ко­торых, не исключая мышечную энергию человека, определяют соответст­вующие способы выемки угля: ручной, механоэлектрический, механопневма-тический, механогидравлический, гидромеханический, буровзрывной и взрывогидравлический.

При ручном (немеханизированном) способе вышеуказанные операции выполняются последовательно рабочим с применением соответствующих инст­рументов (обушок и лопата). При полумеханизированном - часть операций осу­ществляется механизированным способом (к примеру, с применением отбойного молотка или врубовой машины, когда погрузка угля осуществляется вручную).

При механизированном способе и постоянном присутствии людей в очи­стной выработке, (забое) используются такие выемочные машины: угольные комбайны, струговые, скрепероструговые и конвейероструговые и другие уста­новки. Без постоянного присутствия людей в забое выемка угля осуществляется машинами с дистанционным управлением (гидромониторы и агрегаты), при пол­ном отсутствии людей в забое - канатные пилы, буропшековые установки и другие машины.

Традиционно механизированная выемка угля в длинных очистных вы­работках (лавах) осуществляется комбайнами и струговыми установками. По величине полосы, отделяемой от угольного массива исполнительным ор­ганом машины после ее прохода вдоль очистного забоя, различают широко­захватную и узкозахватную комбайновые выемки, при которых ширина вы­нимаемой угольной полосы (захвата) составляет соответственно более и ме­нее 1 м, а также струговую - 0,03-0,2 м (глубина стружки). Схемы механизированной выемки по расположению машины и ее исполнитель­ного органа относительно линии очистного забоя различаются, исходя из на­правлений их перемещений, указанных на рисунке 5.1, где V₀, V_K, V_c, V_au V_ш — направления скоростей перемещений соответственно очи­стного забоя, комбайна, струга, агрегата и шнеков. В длинных очистных выра­ботках при несовпадении этих направлений имеют место фланговые схемы вы­емки влоб уступа (см. рис. 5.1, а, б) или с боковым расположением исполни­тельных органов (см. рис. 5.1, в, г), а также фронтальная (см. рису. 5.1, д), к которым относятся агрегатная и бурошнековая выемки (см. рис. 5.1, е).

Рисунок 5.1 - Схемы размещения выемочных машин относительно очистно­го забоя: а и б — фланговые влоб уступа при комбайновой выемке соответ­ственного пологого и крутого пластов; в и г —с боковым расположением исполнительных органов соответственно при комбайновой и струговой вы­емках; due- фронтальные соответственно при агрегатной и бурошнеко-

вой выемках

5.2 Конструктивно-технологические особенности угольных комбайнов

Угольный комбайн - очистная машина, используемая электрическую (ре­же пневматическую) энергию, состоит из основных скомпонованных рабочих блоков (частей): двигателя, режущего с исполнительным органом, управления и подающего (не на всех комбайнах). Комбайны отличаются своими конструктив­но-технологическими особенностями, определяемыми условиями их эксплуата­ции.

Конструктивно-технологические особенности комбайнов включают сле­дующие признаки:

- конструкцию исполнительных органов и положение оси их враще­ния относительно забоя;

- количество исполнительных органов и их расположения относи­тельно корпуса комбайна;

- регулирование положения исполнительных органов по высоте обра­ботки ими угольного пласта;

- способность комбайна к самозарубке в пласт;

- средства перемещения комбайна вдоль забоя, его удержания от сползания и опрокидывания в лаве;

- размещение транспортного средства относительно комбайна;

- устройства погрузки отбитого и измельченного угля;

- схемы управления комбайном.

Конструкции исполнительных органов угольных комбайнов представлены на рисунке 5.2, а положения оси их вращения относительно забоя - на рисунке 5.3.

Рисунок 5.2 - Схемы конструкций исполнительного органа комбайна типов: а - шнекового; б - барабанного; в - дискового; г - корончато-дискового;

д — барово-шнекового

Рисунок 5.3- Схемы положения осей вращения исполнительных органов

комбайнов: 1 и 2- перпендикулярно плоскостям соответственно забоя и

почвы; 3 - параллельно забою и почве; 4 - параллельно почве и под углом ψ к

плоскости забоя

Исполнительные органы могут быть различного диаметра и вращаться как в одном, так и в противоположном направлениях. Для фронтальной самоза­рубки комбайна в пласт его шнеки должны быть оборудованы торцевыми режу­щими инструментами.

Количество исполнительных органов комбайна и схемы их размещения относительно его корпуса представлены на рисунке 5.4. Существуют также ком­байны для выемки мощных пластов с четырьмя исполнительными органами раз­личного функционального назначения. Основными параметрами, характеризую­щими исполнительный орган комбайна, является образующий его диаметр по режущим инструментам (зубкам), их конструкция и схема размещения на нем.

Регулирование исполнительного органа по высоте забоя осуществля­ется во время выемки непрерывно за счет его поднятия или опускания с по­мощью домкратов (рис. 5.5, а) или самого комбайна (рис. 5.5, б), а также дис­кретно путем увеличения или уменьшения его высоты путем соответственно наращивания или снятия дисков (рис. 5.5, в).

Рисунок 5.4- Схемы компоновки и размещения исполнительных органов ком­байнов относительно его корпуса: а, б и в-е одним, расположенным соот­ветственно с боку, в торце и по центру корпуса комбайна; г, due —с двумя соответственно боковым (спаренными), разнесенными с выносом и без вы­носа шнеков за корпус комбайна по его длине

Схемы размещения корпуса комбайна относительно транспортного средства и забоя зависят, прежде всего от угла падения пласта и направления его выемки. Варианты этих схем представлены на рисунке 5.6.

Рисунок 5.5- Схемы регулирования исполнительных органов по высоте забоя: а и б- непрерывное за счет домкрата и подъемного устройства; в - прерывное путем наращивания или снятия дисков: 1 - корпус комбайна; 2 - скребковый кон­вейер; 3 - исполнительный орган, 4 - домкрат; 5 - подъемное устройство; б—съемные диски; ΔΖ и АР - зазоры соответственно у кровли и почвы

Рисунок 5.6- Схемы размещения корпуса комбайна относительно угольного забоя и транспортного средства: а, б и в - на почве под забоем соответст­венно без транспортного средства, срештачным ставом и скребковым кон­вейером; г, d u e-на ставе скребкого конвейера, когда его ось и ось попереч­ного сечения корпуса комбайна соответственно совпадают, не совпадают при смещении оси корпуса в стороны забоя и выработанного пространства

Устойчивое положение комбайнов (особенно работающих со става скреб­ковых конвейеров) зависит от углов наклона почвы и линии очистного забоя.

Различают на комбайне активные и пассивные устройства, обеспечи­вающие погрузку, зачистку отбитого и измельченного угля на транспортное средство. К активным относятся сами исполнительные органы, с различны­ми конструкциями щитков, которые при выемке угля функционируют совме­стно с ними (рис. 5.7). К пассивным устройствам, обеспечивающим раздель­но от исполнительного органа частичные погрузку и зачистку угля, относятся лемехи. При выемке мощных пластов на корпусе комбайна размещается от­косной лист, направляющий отбитый с верхней части пласта уголь в зону погрузки и предотвращающей его попадания в призабойное пространство.

Рисунок 5.7 - Схемы расположения погрузочных щитков комбайнов в рабо­чем положении: аиб-соответственно поворотного и откидного: 1 — щи­ток в рабочем положении; 2 - шнек; 3 - корпус комбайна

Системы подачи комбайнов зависят от способов их перемещения с помо­щью соответствующих механизмов, приспособлений и устройств. Различают ка­натную, цепную и бесцепную системы подачи узкозахватных комбайнов (рис. 5.8).

Для удержания комбайнов при возможном произвольном их сползании (при порыве цепи) применяются поддерживающие канат и однобарабанная ле­бедка, не исключая различные стопорные устройства. При бесцепной системе подачи используются предохранительные тормозящие приспособления.

Рисунок 5.8- Схемы систем подачи комбайнов: а - канатная; б и в- цепные соответственно со встроенным механизмом подачи и выносной системой (ВСП); г - встроенная бесцепная (БСП): 1 - комбайн, 2и З- канаты соот­ветственно рабочий и поддерживающий; 4 - отклоняющие блоки; 5 - двухбарабанная лебедка; 6 и 7 - шкивы в подающем блоке комбайна соответст­венно приводной и отклоняющий; 8 и 9- цепи соответственно закрепленная за привода скребкового конвейера и бесконечная; 10- привода выносной сис­темы подачи, совмещенные с приводами скребкового конвейера; 11 - при­водная звездочка подающего блока комбайна; 12 -направляющая рейка на ставе скребкового конвейера

Управляются комбайны в лаве по схемам:

- с пульта управления, установленным непосредственно на комбайне;

- дистанционно с пульта управления, вынесенного при помощи кабеля за пределы зоны выемки угля комбайном;

- автоматизировано с пульта управления, размещенного на сопряже­нии очистной и подготовительной выработок.

Схемы управления комбайнами зависят от системы их перемещения, а также создания безопасных условий работы прежде всего машиниста и его помощника.

Потребляющие электрическую энергию комбайны и работающие с ра­мы скребковых конвейеров оборудуются кабелеукладчиками, обеспечиваю­щими перемещение силового кабеля, оросительного шланга и их защиту от возможных повреждений (рис. 5.9).

Рисунок 5.9- Схемы работы (а) и общий вид (б) кабелеукладчика при выемке угля узкозахватным комбайном в лаве: 1 — рештачный став скребкового кон­вейера с желобом кабелеукладчика 2; 3 — положение петли траковой цепи кабелеукладчика при перемещении комбайна вдоль очистного забоя; 4 — же­лоб для размещения других кабелей; L - длина хода комбайна; L+3 м - длина траковой цепи; V_K­- рабочая скорость комбайна

Схема выемки угля узкозахватными комбайнами по длине лавы раз­личают двустороннюю (челноковую) и одностороннюю в зависимости от исходных условий, прежде всего, угла наклона очистной выработки по ее длине, средств транспортировки отбитого угля, раздельности выемки сла­гающих пласт угольных и породных пачек, а также ожидаемых проявлений газодинамических явлений.

При двусторонней схеме производительной работе комбайна выемка уг­ля осуществляется при его перемещении с рабочей скоростью в двух направ­лениях (рис. 5.10, а), при односторонней - только в одном, в противоположном направлении осуществляется зачистка или погрузка отбитого угля (рис. 5.10, б), а также спуск комбайна (рис. 5.10, в).

Схемы выемки угля по высоте очистного забоя зависят от расположе­ния и компоновки исполнительных органов комбайна.

Рисунок 5.10 - Схемы выемки угля комбайнами по длине лавы: а - двусто­ронняя; б и в- односторонние соответственно при перегоне и спуске ком­байна: V_pк ,V_M и V_MC -скорости комбайна соответственно рабочая при вы­емке угля, маневровые при его перегоне (V_MП) и спуске (V_MC)

При двусторонней схеме выемки положение опережающего и отстающего спаренных шнеков при перемещении комбайна снизу вверх и наоборот меняются, как показано на рисунке 5.11. При этом представляется возможным осуществить смешан­ную схему выемку (рис. 5.12) угля комбайном для соответствующего забоя (левого или правого).

Рисунок 5.11 - Схемы расположения спаренных шнекового исполнительного органа комбайна при выемке снизу вверх (а) и сверху вниз (б): 1 и 2 — шнеки; 3 - лемех (углеподборщик)

Рисунок 6.12 - Схемы расположения спаренных шнеков при смешанной

схеме выемки угля комбайном: а - частичная выемка при рабочем ходе (V_РK1);

б— частичная выемка и зачистка угля при обратном рабочем ходе (V_РK2)

комбайна: 1 и 2 — шнеки; 3 — комбайн; 4 — скребковый конвейер

При выемке угля комбайнами с разнесенными относительно его кор­пуса исполнительными органами может осуществляться раздельная выемка угольных пачек по высоте очистного забоя, как правило, почвоуступным за­боем (рис. 5.13). Такая схема применяется для своевременного подхвата об­наженной кровли под забоем, а также при селективной (раздельной) выемке угольных и породных прослоев пласта.

Рисунок 5.13 - Схемы выемки комбайном при уступной по высоте форме за­боя: а и б- соответственно верхней и нижних пачек угольного пласта

Двукомбайновая выемка угля, как правило, применяется в длинных (более 200 м) лавах, оборудованных комбайнами с односторонней боковой схемой расположения исполнительных органов относительно корпуса в сторону выноса приводов скребкового конвейера на прилегающие подготовительные выработки. Эти комбайны работают на определенных по длине лавы участках, как при челноковой, так и односторонней схемах выемки (рис. 5.14). Обычно верхний комбайн работает на участке лавы длиной 25-30 м, а вся остальная часть лавы обслуживается нижним комбайном. Таким образом обеспечивается резервирование производительности выемочных комбайнов на случай поломки одного из них.

Рисунок 5.14 -Двукомбайновая выемка угля при челноковой (а) и односто­ронней (б) схемах: 1-7 - соответствующие рабочие позиции комбайна в лаве

Такие схемы также позво­ляют за счет самозарубки комбайнов в пласт "косыми" заездами избежать предварительной выемку ниш на концевых участках лавы.

При одновременной работе двух комбайнов с цепной системой их по­дачи необходимо применять специальные устройства секционирования, пре­пятствующих сложению тяговых усилий в цепи.

Вопросы для самоконтроля по теме 5

5.1 Состав рабочих операций, обеспечивающих процесс выемки угля и их сущность. Способы выемки угля и их краткая характеристика.

5.2 Комбайновая выемка. Перечислите общие конструктивно-технологические особенности угольных комбайнов и область их применения.

5.3 Конструктивно-технологические особенности исполнительных ор­ганов узкозахватных угольных комбайнов и определяющие их факторы.

5.4 Разновидности систем подачи узкозахватных комбайнов и опреде­ляющие их факторы.

5.5 Понятия об одно- двусторонней, двукомбайновой и селективной

выемках угольного пласта в лаве.

5.6 Схемы погрузки угля при комбайновой выемке пласта.