авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Разработка и обоснование параметров врубоблочного способа разрушения угольного массива при проведении подготовительных выработок

На правах рукописи

Адамков Аркадий Викторович

Разработка и обоснование параметров врубоблочного способа

разрушения угольного массива при проведении подготовительных

выработок

Специальность 25.00.22

«Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»

Автореферат диссертации на соискание

ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 2007 2

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высше го профессионального образования «Кузбасский государственный техниче ский университет»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Ренев Алексей Агафангелович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор Лудзиш Владимир Станиславович доктор технических наук, профессор Першин Владимир Викторович

Ведущая организация ОАО «Кузниишахтострой»

Защита диссертации состоится 18 октября 2007 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.102.02 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский госу дарственный технический университет» по адресу: 650026, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного обра зовательного учреждения высшего профессионального образования «Куз басский государственный технический университет»

Автореферат разослан 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор Иванов В. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В горной промышленности при разработке полезных ископаемых основные технологические процессы связаны с раз рушением угольного массива. Разрушение угольного массива осуществляет ся самыми разнообразными способами. Одним из основных способов раз рушения угольного массива при проведении подготовительных выработок является механический способ. Для механического разрушения угольного массива создано большое количество различных проходческих и добычных машин. В настоящее время разрушение угольного массива при проведении подготовительных выработок осуществляется проходческими комбайнами избирательного действия. Разрушение угольного массива проходческими комбайнами избирательного действия, несмотря на бесспорные достоинства комбайновой технологии проведения подготовительных выработок, имеет следующие существенные недостатки: высокая запыленность воздуха в вы работке, в десятки раз превышающая допустимые санитарные нормы (до 500 мг/м3), большой выход мелких фракций разрушенного угля вследствие переизмельчения и высокая энергоемкость процесса разрушения.

В настоящее время для угольной промышленности РФ и всех других угледобывающих стран безопасность и эффективность горных работ, чисто та окружающей среды, полнота извлечения полезных ископаемых, являются одними из наиболее важных задач. Для их решения необходимы исследова ния, направленные на разработку новых способов и средств, обеспечиваю щих повышение эффективности разрушения угольного массива при прове дении подготовительных выработок. Актуальным вопросом является уста новление практических путей, способствующих значительному увеличению выхода наиболее дорогих крупных классов разрушаемого угля и обеспечи вающих наименьшее пылеобразование при разрушении угольного массива.

Решение указанных вопросов является актуальной задачей. С этих позиций нами определена цель диссертационной работы.

Целью работы является разработка и обоснование параметров вру боблочного способа разрушения угольного массива при проведении подго товительных выработок.

Идея работы заключается в использовании закономерностей комби нированного разрушения с предварительным разделением угольного масси ва на блоки и разрушением блоков сколом.

Задачи исследований:

- оценить эффективность комбинированного врубоблочного разрушения массива баровым и клиновидным исполнительными органами;

- определить гранулометрический состав и запыленность атмосферы забоя при разрушении угольного массива проходческими комбайнами избира тельного действия;

- разработать врубоблочный способ и обосновать его параметры при раз рушении угольного массива для проведения подготовительных выработок.

Методы исследований: натурные исследования гранулометрического состава отбитого угля и запыленности атмосферы в шахте, физическое мо делирование разрушения массива врубоблочным способом, метод статисти ческого анализа эмпирической информации.

Научные положения, выносимые на защиту:

- эффективность комбинированного врубоблочного разрушения угольного массива определяется соотношением высоты блока и глубины вруба в пре делах 0,40,6, а также формой скалывающего исполнительного органа;

- содержание мелких фракций 025 мм при механическом разрушении угольного массива определяется схемой разрушения и при сплошном фрезе ровании c запыленностью атмосферы забоя выше 120 мг/м 3 может достигать 80%, а при врубоблочном способе выход мелких фракций снижается более чем в 2 раза;

- повышение скорости проведения выработки более чем в 2 раза в сравне нии с проведением проходческими комбайнами избирательного действия обеспечивается применением врубоблочного способа, включающего воз можность разрушения угольного массива проведением врубов и сколом блоков клиновидным органом одновременно в трех частях забоя.



Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- достаточным объемом эмпирической информации, полученной в про мышленных условиях;

- использованием теории подобия при физическом моделировании;

- сходимостью теоретических и экспериментальных исследований.

Научная новизна заключается:

- в установлении влияния соотношения высоты блока и глубины вруба, а также формы скалывающего исполнительного органа на эффективность разрушения угольного массива;

- в определении влияния схемы обработки забоя на содержание мелких фракций и запыленность атмосферы;

- в разработке врубоблочного способа разрушения угольного массива и определении его параметров при проведении подготовительных выработок.

Личный вклад автора состоит:

- в постановке задач исследований и выборе методов их решения;

- в обработке и анализе результатов практических исследований и экспери ментов;

- в разработке и обосновании параметров врубоблочного способа разруше ния;

- в разработке проходческого агрегата для проведения выработок вру боблочным способом.

Практическое значение работы заключается в разработке вру боблочного способа разрушения угольного массива, обосновании его пара метров и разработке проходческого агрегата для разрушения угольного мас сива при проведении подготовительных выработок врубоблочным спосо бом.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладыва лись на научно-практических конференциях преподавателей, аспирантов и студентов Кузбасского государственного технического университета (г. Ке мерово, 1999, 2000, 2002, 2005 гг.);

на Международной научно-практической конференции «Наукоемкие технологии разработки и использования мине ральных ресурсов» (Новокузнецк, 2006 г);

на X Международной научно практической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий топливно-энергетического комплекса России» (Кемерово, 2006 г.);

на XI Международной научно-практической конференции «Природные и ин теллектуальные ресурсы Сибири» (Кемерово, 2006 г.);

на 1 Региональной научно-практической конференции «Влияние научно-технического прогрес са на экономическое развитие Кузбасса» (Прокопьевск, 2007 г.).

По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ, в т.ч. 1 патент на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из вве дения, 4 глав основного текста, заключения и приложения;

изложена на 118 с., содержит 31 рисунок, 9 таблиц, список литературы из 129 наимено ваний.

Автор глубоко благодарен советам и рекомендациям профессора, док тора технических наук, заслуженного шахтера России Егошина Воли Васи льевича.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена изучению и анализу эффективности меха нического способа разрушения угольного массива при проведении подгото вительных выработок.

Процессы разрушения угольного массива являются базовыми в техно логии горного производства, направлены на изменение состояния горных пород под действием внешних полей и, как следствие, на разрушение в виде отдельностей, блоков горной массы различного гранулометрического соста ва, минеральных агрегатов и их зерен. Разрушение угольного массива долж но осуществляться в режиме управляемого на всех стадиях процесса с обра зованием новых поверхностей и селективным нарушением связей между от дельными структурными элементами угольного массива.

Разрушение угольного пласта в массиве с целью отделения от него транспортабельных кусков производится самыми разнообразными способа ми. Существуют различные классификации способов разрушения угольного массива при ведении горных работ. Наиболее целесообразно положить в ос нову классификации способов разрушения вид энергии, подводимой к угольному массиву. В соответствии с этим различают следующие способы разрушения: механические, термические, химические, электромагнитные, гравитационные и комбинированные. Основным способом разрушения угольного массива при проведении подготовительных выработок является механический способ. Механическое разрушение при проведении подгото вительных выработок осуществляется сплошным фрезерованием угольного массива проходческими комбайнами избирательного действия. Существен ным недостатком механического разрушения является высокая энергоем кость, переизмельчение разрушаемого массива при высокой запыленности воздуха в выработке. Исследованиям механического разрушения угольного массива посвящены работы ИГД им. А. А. Скочинского, КНИУИ, ВНИМИ, ВостНИИ и др.





Значительный вклад в исследования разрушения угольного массива внесли: Я. И. Базер, Л. И. Барон, А. И. Берон, Е. И. Ильницкая, Ю. Г. Коня шин, В. С. Лудзиш, Д. И. Малиованов, В. З. Меламед, Е. З. Позин, В. В. Першин, М. М. Протодьяконов, Т. И. Тедер, В. В. Тон и др.

Работы по разработке способов и средств разрушения угольного мас сива ведутся по разным направлениям. Одним из направлений в области ис следований разрушения горных пород является разработка и создание спо собов и средств эффективного разрушения горных пород при их бурении, отбойке от массива и дроблении горной массы концентрированными меха ническими, тепловыми и электромагнитными полями, а также их комбина циями. Технологические процессы при комбинированном разрушении угольного массива необходимо осуществлять таким образом, чтобы каждый предшествующий процесс разрушения способствовал ресурсосбережению на последующих стадиях разрушения. Исследования различных комбини рованных способов разрушения пород выполнены в ИГД им. А.А. Ско чинского, КПТИ, УкрНИИгидроуголь, НИИОГР, КНИУИ, ИГТМ, ВНИИ гидроуголь и др.

Одним из главных научных результатов являются сформулированные принципы разрушения угольного массива: разрушение должно происходить главным образом от сдвиговых и растягивающих напряжений, так как пре дел прочности пород на сдвиг меньше примерно в 10 раз, чем предел проч ности на сжатие. Следует ожидать, что энергоемкость разрушения сдвигом или растяжением соответственно будет примерно в 40 и 100 раз меньше, чем энергоемкость разрушения сжатием. Разрушение угольного массива под влиянием растягивающих усилий позволит значительно снизить расход энергии на разрушение, увеличить производительность, крупность разруша емого угля, обеспечить более комфортные условия и облегчить труд горно рабочего.

Перспективным направлением является технология разрушения с вы резанием блоков в массиве. Результаты научно-исследовательских и про ектных работ в этой области направлены на совершенствование технологии и технических средств отделения блоков при разрушении массива, повыше ние производительности и улучшение условий труда горнорабочих, сниже ние затрат при отделении блоков. В НПО «Уголь» г. Люберцы ведутся раз работки технологии добычи полезного ископаемого вырезанием угольных блоков в массиве. Анализ специальной научно-технической литературы по казал, что работ, направленных на разработку средств и способов отделения блоков от угольного массива для проведения подготовительных выработок на угольных шахтах, практически не проводилось.

Установлено, что технология разрушения угольного массива с образо ванием блоков является одним из наименее разработанных направлений в области разрушения механическим способом при проведении подготови тельных выработок.

На основании результатов проанализированных выше работ были сформулированы цель и задачи исследований.

Вторая глава посвящена экспериментальному исследованию комби нированного врубоблочного разрушения массива баровым и клиновидным исполнительными органами.

Физическое моделирование процесса разрушения угольного массива комбинированным врубоблочным способом баровым и клиновидным ис полнительными органами осуществлялось на экспериментальном полигоне ОАО «Кузниишахтострой». Моделировали массив из эквивалентных мате риалов, линейный масштаб моделирования составлял 1:1. Эквивалентный материал состоял из цементно-углесажистой золо-шламовой смеси, проч ность эквивалентного материала на сжатие составляла 19,4 МПа, на растя жение 1,9 МПа, что соответствует прочности угля на сжатие и растяжение в натурных условиях. (12,4 и 1,2 МПа соответственно). В целом, подбор экви валентных материалов и испытание модели осуществляли по методике ВНИМИ. В соответствии с типовой методикой и рекомендациями экспери ментально исследовали комбинированное врубоблочное разрушение масси ва баровым и клиновидным исполнительным органом. Разрушение осу ществляли следующим образом: баровым исполнительным органом провели горизонтальные врубы, разделяя при этом массив на блоки. Эксперимен тальное исследование проводили с изменением высоты блока от 600 до 1400 мм, глубины вруба от 1400 до 1800 мм, при этом соотношение высоты блока и глубины вруба h/l составило от 0,3 до 1. Образованные бло ки разрушали сколом силовым внедрением во врубы скалывающего органа.

Установлено, что при разрушении блоков с соотношением его высоты и глубины вруба h/l~0,40,6 происходит, как правило, эффективный скол блока. Как показали исследования, откалываемые частицы сохраняли при близительно одинаковую форму при различных параметрах блоков. По верхности, по которым происходило откалывание частиц массива, во всех случаях были криволинейны. При разрушении блока, с увеличением соот ношения его высоты и глубины вруба h/l0,6, происходит дополнительное смятие блока скалывающим органом, а скол блока происходит с увеличени ем разрушающего усилия. При разрушении блока с глубиной вруба, равной высоте блока, т.е. h/l=1, скола практически не происходит, наблюдается лишь увеличенное местное смятие и измельчение блока под гранью скалы вающего органа. Разрушение блока под основание происходило в отдельных случаях, чаще блок разрушался на величину, равную l lск (рис. 1). Уста новлено, что коэффициент использования вруба i равен 0,8.

а) б) а) б) Р Рис. 1. Скол блока клиновидным исполнительным органом (а), Р контур забоя выработки (б):

1 клиновидный исполнительный орган;

l (длина блока) глубина вруба;

ззз k высота выработки;

lск длина неразрушенной части блока;

h высота блока;

u высота вруба ззз ми:

F btg ( ) 9 lh 4 (3l Скалывающее усилие F, необходимое для разрушения блокаклино- 2htg ( )) видным органом, определили математическими расчетами: 2 9 F F ( btg9 lh 4 (3l 4 (3l 2htg ( )) (12l 8htg ( )) 9 lh 81 2 l btg ) ( ) 9 lh 2htg ( )) 2 9 2 9 2 2 (3l 2htg ( )) 12l (12l 8htg (9 )) 9 lh 2 l 81 2l 108 l 2 h 236 h 2 2 h 2,) (1) ( 8htg ( )) lh 81 2 h 2 2 h 2 108 l h 2 36) 2 9 lh 81где 2 h 2– скалывающие усилие, h высота блока, м;

l глубина вруба, м;

2l F 108 l 2 h 36 2 h 2 ) H;

угол клина, град;

b ширина блока, м;

предел прочности угля на растяжение, МПа;

плотность угольного блока, кг/м3.

дд По результатам исследований построен объемный график зависимости F угла клина, высоты h и ширины b блока, глубины вруба l (рис. 2).

от дд Значения разрушающего усилия F для скола угольных блоков клино видным органом показали, что значимое влияние оказывает соотношение высоты блока к его глубине h/l и угол клиновидного исполнительного орга на (рис. 3).

). Зависимость F2 от угла скалывающей поверхности и ш соотношения h/l (объёмная диаграмма) F,F, H H F 0,1 1,, 2, угол град, h/l a, град град h/l, град 3, 4, Рис Рис. 2. График зависимости скалывающих усилий F от соотношения ;

высоты блока к глубине вруба h/l и от угла клина ш ж ).

).

F, H ).

F, F, H H F, H F, H 80000 50000 40000 h/l h/l 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Рис. 3.РГрафик зависимости скалывающих усилий F от соотношения h/l Р В результате исследований установлено оптимальное значение h/l~ 0,40,6, обеспечивающее эффективный скол блоков.

Разрушение блоков сколом при различных углах клиновидного органа дает возможность получить при равной подаче различные площади сопри косновения клиновидного органа с разрушаемым блоком. С увеличением угла клиновидного органа уменьшается площадь контакта клиновидного ор гана с разрушаемым блоком, соответственно уменьшение площади контакта увеличивает усилие, необходимое для скола блока клиновидным органом.

Величина скалывающих усилий разрушения блоков клиновидным органом при прочих равных условиях с уменьшением угла клиновидного исполни тельного органа снижается (рис. 4). Разрушение угольного блока клиновид ным исполнительным органом с углом клина 15°20° позволит осуществлять скол, при этом усилие, необходимое для скола блока, не более 30 кН, а фак тическая величина пути трения клина составит не более 4050% в пределах глубины вруба. Клиновидный орган рационально выполнить в виде пирами ды.

Гранулометрический состав при комбинированном врубоблочном раз л рушении исследовали при помощи ситового анализа. Результаты приведены в табл. 1.

л F, H F, H F, H F, H H F, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,, град д,, град, град а, град град щш, град 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 ж Рис. 4. График зависимости скалывающих усилий F от угла клина.

л Таблица Гранулометрический состав разрушенной горной массы Фракции, мм Номер 6 13 25 50 100 + опыта Выход фракций, % 1 10,5 3,8 7,3 41,6 21,5 15, 2 11,3 2,7 6,1 42,8 22,6 14, 3 10,8 3,1 7,9 41 22,2 4 10,1 3,9 5,8 41,7 21,4 17, 5 10,3 2,5 8,3 41,5 22,8 14, Из табл. 1 видно, что гранулометрический состав при комбинирован ном врубоблочном разрушении массива баровым и клиновидным исполни тельными органами характеризуется низким выходом мелких фракций.

Суммарный выход фракций класса 025 мм составил не более 22% от обще го объема разрушенной горной массы.

Третья глава посвящена исследованию гранулометрического состава при разрушении угольного массива проходческими комбайнами избира тельного действия и запыленности воздуха при проведении подготовитель ных выработок.

Исследовали гранулометрический состав разрушенного угля при про ведении подготовительных выработок на шахтах Кузбасса. Результаты представлены в табл. 2 и на диаграмме, на рис. 5.

Таблица Гранулометрический состав разрушенного угля Шахта Шахта Шахта Шахта «Егозовская»

им. С. М. Кирова им.7 Ноября «Октябрьская»

Фракции, мм Выход фракций, % +50 12,6 11,5 5,4 9, 50 18,6 12,3 12,9 15, + 25 31,2 23,8 18,3 25, 25 15,4 17,3 17, 24, 13 27,2 22,6 21, 57, 6 26,2 37,3 36, 68,8 76,2 81,7 74, Выход фракции в % ГПК Мк2В "Dosco" 30 1 ГПКС 25 П- 12СМ15 «JOY»

S- КСП- -3 -6 -13 -25 -50 + Фракций, мм Рис. 5. Диаграмма гранулометрического состава разрушенного угольного массива проходческими комбайнами избирательного действия Исследовали гранулометрический состав разрушаемого угля проход ческими комбайнами избирательного действия с различной формой и кон струкцией разрушающего стреловидного исполнительного органа. Результа ты представлены в табл. 3.

Таблица Гранулометрический состав разрушенного угля комбайнами с различной формой, конструкцией и компоновкой разрушающего органа Шахта им. С.М. Кирова Шахта «Заречная»

Тип комбайна Фракции, мм 12СМ ГПК П- 110 1ГПКС Мк2В «Dosco»

«JOY»

Выход фракций, % + 50 6,08 8,14 7,2 8,6 5, 50 14,69 13,52 12,3 9,73 13, + 25 20,77 21,66 19,5 18,33 19, 25 13,25 16,68 20,2 14,06 15, 13 20,78 11,9 12 20,73 22, 6 11,86 14,76 18,3 15,88 14, 3 33,34 35 30 31 28, 79,23 78,34 80,5 81,67 80, Исследовали гранулометрический состав разрушенного угля при раз личных схемах обработки забоя исполнительным органом проходческого комбайна. Разрушение угольного массива по схеме с отбойкой на вруб осу ществляли следующим образом: в определённой последовательности прово дили врубовые углубления в угольном массиве, с последующей отбойкой выступающих частей массива в направлении этих врубовых углублений.

При выполнении в забое заданных режимов резания угольного массива, по схеме с отбойкой на вруб происходит увеличение на 510% крупности раз рушаемого массива, в сравнении с разрушением по схеме с последователь ной обработкой забоя. Результаты представлены на диаграмме (рис. 6). Од нако при разрушении угольного массива сплошным фрезерованием проис ходит значительное переизмельчение разрушенного угля.

Запыленность атмосферы выработки при разрушении угольного мас сива проходческими комбайнами избирательного действия исследовали с помощью прибора «ТМ - Дата» на шахтах Кузбасса: им. С. М. Кирова, «За речная», им.7 Ноября, «Комсомолец», «Октябрьская», «Полысаевская», «Егозовская», «Красноярская» и др.

В результате исследований механического способа разрушения уста новлено, что разрушение угольного массива при проведении подготови тельных выработок проходческими комбайнами избирательного действия сопровождается большим содержанием мелких фракций 025мм (до 81%), при высокой запыленности воздуха в забое (до 257 мг/м 3), что характеризу ет высокую энергоемкость разрушения. Кроме того, низкий КПД процесса резания свидетельствует о необходимости коренного усовершенствования процесса разрушения угля резцами современных машин сплошным фрезе рованием.

Выход фракций, мм -3 -6 -13 -25 -50 + Фракции,мм 1ГПКС 1 ГПКС по схеме с отбойкой на вруб Рис. 6. Диаграмма гранулометрического состава при последовательной схеме отделения угля от забоя и с отбойкой на вруб комбайном ГПКС Исследования комбинированного разрушения массива врубоблочным способом показали, что происходит выход фракций разрушенных частиц класса +25 мм более чем в 2 раза в сравнении с разрушением сплошным фрезерованием при помощи проходческих комбайнов избирательного дей ствия (рис. 7).

Выход фракций, мм -3 -6 -13 -25 -50 + Фракции,мм 1ГПКС разрушение врубоблочным способом Рис. 7. Диаграмма гранулометрического состава при механическом разрушении угля проходческим комбайном и врубоблочным способом Из вышеизложенного можно сделать вывод, что комбинированное врубоблочное разрушение угольного массива баровым и клиновидным ис полнительными органами является перспективным направлением повыше ния эффективности механического разрушения угольного массива как при проведении подготовительных выработок, так и при добыче угля.

В четвертой главе представлена технология врубоблочного способа разрушения угольного массива и конструкция проходческого агрегата для разрушения угольного массива врубоблочным способом при проведении подготовительных выработок (патент на изобретение № 2209979). Проход ческий агрегат состоит из двух баровых исполнительных органов, клино видного исполнительного органа и устройства для погрузки разрушенной горной массы (рис. 8).

Разрушение врубоблочным способом при помощи проходческого аг регата осуществляется путем выполнения двух основных процессов при проведении выработки механическим способом разрушения угля и уда ления разрушенного угля с помощью погрузочного устройства.

Рис. 8. Проходческий агрегат:

1 гусеничный ход;

2 нагребающий погрузчик разрушенной горной массы;

3 перегружатель;

4 клиновидный исполнительный орган;

5 баровый исполнительный орган На рис. 9 представлена схема разделения забоя и параметры блоков разрушения врубоблочным способом. Разрушение угольного массива вру боблочным способом при помощи проходческого агрегата наиболее целесо образно осуществлять следующим образом. В угольном массиве баровым исполнительным органом, расположенным слева от продольной оси агрега та, проводят первый вертикальный вруб Y на всю высоту выработки. От первого вертикального вруба Y правым баровым исполнительным органом по кровле выработки проводят горизонтальный вруб до правого борта выра ботки. Одновременно левым баровым исполнительным органом на опреде ленном расстоянии проводят вертикальные врубы 1 до левого контура вы работки. После чего проводят горизонтальные врубы 2, начиная с почвы выработки левым и правым баровым исполнительными органами, причем горизонтальный вруб по почве выработки целесообразно проводить на вы соту трех врубов с целью дополнительного обнажения массива и обеспече ния скола блоков. При переходе на выемку обоими барами третьего от поч вы горизонтального вруба, начинается откалывание блоков клиновым устройством между первым и вторым горизонтальными врубами и далее очередных в направлении снизу - вверх. После завершения выемки гори зонтальных врубов в верхней части выработки начинают выемку верти кальных врубов в новой заходке в нижней части выработки. Характерной особенностью врубоблочного способа разрушения является совмещение операций по образованию врубов и разрушению блоков. Баровыми испол нительными органами осуществляется образование врубов. Одновременно с производством врубов с некоторым отставанием клиновидным исполни тельным органом разрушают угольные блоки, и далее процессы образова ния и отламывания блоков производятся одновременно.

.

Рис 9. Схема разделения массива и параметры блоков при разрушении Рис.

врубоблочным способом:

Y – первый вертикальный вруб;

1 вертикальный вруб;

2 горизонтальный вруб;

3 угольный блок;

4 клиновидный исполнительный орган;

u высота вруба;

k высота выработки;

m ширина выработки;

b ширина блока;

h высота блока;

l глубина вруба (длина блока) Сортность разрушенного угля является одним из показателей эффек тивности разрушения. При разрушении врубоблочным способом основная масса мелких фракций разрушенного массива образуется при проведении врубов баровым исполнительным органом. При комбинировании разруша ющего воздействия на угольный массив имеет большое значение соотноше ние видов воздействия: при определенном соотношении достигается макси мальная эффективность комбинированного способа, превышающая простую сумму каждого из разрушающих воздействий.

Объем разрушаемого массива проведением врубов Vв Vв= Vвв+ Vвг,, м3 (2) где Vвв – объем разрушаемого массива проведением вертикальных врубов;

Vвг – объем разрушаемого массива проведением горизонтальных врубов.

Объем разрушаемого массива сколом клиновидным органом Vск Vск= Vо- Vв, м3 (3) где Vо – общий объем разрушаемого угольного массива;

Vв – объем разрушаемого массива проведением врубов.

Общий объем разрушаемого угольного массива Vо Vо= m k l, м3 (4) где m – ширина выработки;

l – глубина вруба;

k – высота выработки.

Сортность разрушаемого массива характеризует энергоемкость про цесса разрушения. Чем крупнее раздроблен угольный массив, тем меньше энергии затрачено на его разрушение. Энергоемкость разрушения (скола блоков) существенно ниже, чем энергия, затрачиваемая на образование вру бов, что и обусловливает эффективность всего разрушения. С целью более эффективного разрушения необходимо стремиться к снижению объема мас сива, разрушаемого проведением врубов Vвр.

С учетом изложенного, установлены оптимальные параметры разру шения угольного массива врубоблочным способом при проведении подго товительных выработок с площадью поперечного сечения S = 10,5 м2, по уг лю: ширина выработки 3000 мм;

высота выработки 3500 мм;

глубина вруба l = 1000 мм;

ширина блока (расстояние между вертикальными врубами) b = 800 мм;

высота блока (расстояние между горизонтальными врубами) h = 500 мм;

высота вруба u = 50 мм;

при этом более 75% от общего объема массива разрушается сколом блоков. Расчетным путем определена скорость проведения выработки. При заданных параметрах и глубине вруба 1000 мм скорость проведения выработки составила 1050 м/мес., при глубине вруба 1800 мм – 945 м/мес.

Разрушение угольного массива врубоблочным способом при проведе нии подготовительных выработок по заданным выше параметрам позволит увеличить скорость проведения выработки более чем в 2 раза в сравнении со скоростью проведения выработки проходческими комбайнами избиратель ного действия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи повышения эффективности разру шения угольного массива при проведении подготовительных выработок с применением врубоблочного способа разрушения, что имеет существенное значение для угольной промышленности России.

Основные научные и практические результаты позволяют сформули ровать следующие выводы.

1. Установлено, что применение комбайновой технологии проведе ния подготовительных выработок проходческими комбайнами избиратель ного действия имеет существенный недостаток – переизмельчение разруша емого массива. Несмотря на наличие многочисленных решений по кон струкциям режущих коронок, линиям резания, типам режущих зубков, по вышению мощности привода исполнительного органа, энергоемкость раз рушения практически не снижается (ГПКС-0,8;

4ПУ-0,9 кВтч/т), а содержа ние мелочи в раздробленной массе угля с величиной частиц класса 0–25 мм достигает 80% при высокой запыленности атмосферы забоя до 257 мг/м3.

2. Экспериментально установлена возможность эффективного разру шения комбинированным врубоблочным способом с разделением массива на блоки баровым исполнительным органом и отделением блоков от масси ва сколом клиновидным органом. Сопоставление показателей грануломет рического состава разрушенного угля проходческими комбайнами избира тельного действия (фракции класса 0–25мм до 80%) с показателями грану лометрического состава разрушения при проведенных экспериментальных исследованиях (фракции класса 0–25мм до 21%) позволяет утверждать, что врубоблочный способ разрушения более эффективен в сравнении с суще ствующими способами разрушения угля при проведении подготовительных выработок.

3. Технологический процесс проведения подготовительной выработ ки врубоблочным способом при помощи проходческого агрегата может быть условно разделен на следующие этапы, различающиеся механизмом разрушения массива:

- на первом этапе баровым исполнительным органом производят вертикаль ные и горизонтальные врубы в угольном массиве и образуют угольные бло ки;

- на втором этапе разрушают угольные блоки клиновидным исполнитель ным органом;

- на третьем этапе осуществляют погрузку разрушенной горной массы нагребающими лапами погрузочного устройства.

Процесс образования блоков производством врубов осуществляется одновременно баровыми исполнительными органами. С некоторым отста ванием клиновидным исполнительным органом разрушают угольные блоки, а далее процессы образования и отламывания блоков производятся одно временно.

4. Установлено, что при врубоблочном способе проведения подгото вительных выработок эффективность разрушения угольного массива опре деляется соотношением высоты блока и глубины вруба, а также формой скалывающего исполнительного органа. Значимое влияние на рост усилий, необходимых для разрушения блока клиновидным органом, оказывает соот ношение высоты блока h (расстояние по вертикали между горизонтальными врубами) и глубины вруба l, оптимальное значение которого h/l~0,4–0, обеспечивает наибольшую эффективность скола блока клиновидным орга ном.

5. Конструкция клиновидного органа в значительной степени опре деляет усилия, необходимые для разрушения угольных блоков. При прочих равных условиях величина скалывающих усилий разрушения блока клино видным органом с уменьшением угла клиновидного исполнительного орга на снижаются, оптимальное значение угла 15–20°, при этом клиновидный орган для более эффективного разрушения рационально выполнить в виде пирамиды.

6. При разрушении врубоблочным способом определяющее влияние на формирование мелких фракций разрушенного массива 0–25мм оказывает объем массива, разрушаемый баровым органом при образовании врубов.

Определены оптимальные параметры разрушения угольного массива вру боблочным способом при проведении выработок по угольному пласту с присечкой пород f4: глубина вруба 1000 мм;

ширина блока (расстояние между вертикальными врубами) 800 мм;

высота блока (расстояние между горизонтальными врубами) 500 мм;

высота вруба 50 мм;

при этом более 75% от общего объема массива разрушается сколом блоков. Снижение пы леобразования при разрушении массива значительно повышает безопас ность и комфортность работ.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах.

1. Адамков, А. В. К оценке энергоемкости разрушения массива про ходческими комбайнами / А. В. Адамков, В. В. Егошин // Науч. работы сту дентов-магистрантов : сб науч. тр./ Кузбас. гос. техн. ун-т. – Кемерово, 1999. – № 1. – С. 61–63.

2. Адамков, А. В. Эффективность работы проходческих комбайнов в зависимости от устройства и параметров режущего органа / А. В. Адамков, В. В. Егошин // Науч. работы студентов-магистрантов : сб. науч. тр./ Куз бас. гос. техн. ун-т. – Кемерово, 1999. – №2. – С. 55–58.

3. Егошин, В. В. К вопросу разрушения угольного массива при работе врубовых машин / В. В. Егошин, А. В. Адамков // Совершенствование тех нологических процессов при разработке месторождений полезных ископае мых : сб. науч. тр. / Науч.-техн. центр «Кузбассуглетехнология». – Кемеро во, 2001. – № 17. – С. 135–137.

4. Егошин, В. В. Сортность разрушенного в забое угля при проведении горных выработок проходческими комбайнами / В. В. Егошин, А. В. Адамков // Совершенствование технологических процессов при разра ботке месторождений полезных ископаемых : материалы конф., посвящ.

70-летию со дня рождения В. В. Егошина / Науч.-техн. центр «Кузбассугле технология». – Кемерово, 2001. – С. 34–37.

5. Егошин, В. В. К вопросу совершенствования механического спосо ба разрушения массива горных пород при проведении подготовительных выработок / В. В. Егошин, А. В. Адамков // Совершенствование технологи ческих процессов при разработке месторождений полезных ископаемых : сб.

науч. тр. / Науч.-техн. Центр «Кузбассуглетехнология». – Кемерово, 2003. – № 20. – С. 91–96.

6. Егошин, В.В. Гранулометрический состав разрушенного угольного массива при проведении конвейерного штрека / В. В. Егошин, А. В. Адамков // Вестн. Кузбас. гос. техн. ун-та. – 2002. – № 4. – С. 17–18.

7. Пат. 2209979 Российская Федерация, МПК 7Е21D9/10,E21C27/16.

Проходческий агрегат / В. В. Егошин, А. В. Адамков. – № 2001120643/03;

заявл. 23.07.01 ;

опубл. 10.08.03, Бюл. № 22. – 4 с.

8. Адамков, А. В. Состояние запыленности воздуха в забоях подгото вительных выработок при работе проходческих комбайнов / А. В. Адамков // Вестн. Кузбас. гос. техн. ун-та. – Кемерово, 2004. – № 1. – С. 56–59.

9. Ренев, А. А. К вопросу механического разрушения массива горных пород крупным сколом / А. А. Ренев, А. В. Адамков // Совершенствование разработки месторождений полезных ископаемых подземным способом : сб.

науч. тр. памяти П. В. Егорова / под ред. проф. А.А. Ренева;

Кузбас. гос.

техн. ун-т. – Кемерово, 2006. – С. 16–23.

10. Ренев, А. А. К вопросу повышения эффективности механического разрушения при проведении подготовительных выработок / А. А. Ренев, А.

В. Адамков // Наукоемкие технологии разработки и использования мине ральных ресурсов : материалы Междунар. науч.-практ. конф., 6–9 июня.2006 г. - Новокузнецк, 2006. – С. 45–46.

11. Ренев, А. А. Об эффективности механического разрушения уголь ного массива при проведении подготовительных выработок / А. А. Ренев, А.

В. Адамков // Безопасность жизнедеятельности предприятий топливно энергетического комплекса России : материалы X Междунар. науч.-практ.

конф., 13–16 июня 2006 г. - Кемерово, 2006. – С.37–-39.

12. Ренев, А. А. Исследования разрушения массива горных пород крупным сколом / А. А. Ренев, А. В. Адамков // Природные и интеллекту альные ресурсы Сибири : материалы XI Междунар. науч.-практ. конф., 23–24 ноября.2006 г. – Кемерово, 2006. – С.58–60.

13. Ренев, А. А. Механическое разрушение угольного массива при проведении подготовительных выработок, направления совершенствования техники и технологии / А. А. Ренев, А. В. Адамков // Влияние научно технического прогресса на экономическое развитие Кузбасса : материалы Регион. науч.-практ. конф., 15марта 2007 г. – Прокопьевск, 2007. – С. 96–98.

Подписано в печать. Формат 6084/ Бумага белая писчая. Отпечатано на ризографе.

Уч. изд. л. 1,0. Тираж экз. Заказ ГУ КузГТУ. 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Типография ГУ КузГТУ. 650099, Кемерово, ул. Д.Бедного,4а

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.