Анализ состояния и тенденций развития комбайновой проходки
Начиная с 80-х годов прошлого столетия на шахтах развитых стран за счет выполнения целого комплекса организационно-технических мероприятий (концентрации горных работ, рациональной подготовки шахтных полей и др.) наметилась тенденция сокращения объемов проведения выработок. В большинстве ведущих угледобывающих стран на первый план вышла комбайновая проходка, а буровзрывным способом проходится не более 50% подготовительных выработок. В США, Великобритании и Польше комбайновый способ проведения подготовительных выработок составляет 60–80% от общего объема.
Сотрудничество украинских и российских машиностроителей
Примером плодотворного сотрудничества российских и украинских машиностроителей является торгово-промышленная компания «Укруглемаш», созданная в феврале 2000 года и являющаяся лидером украинского рынка горно-шахтного оборудования. «Укруглемаш» координирует производство и сбыт продукции пяти машиностроительных предприятий Украины (Дружковский, Горловский и Новгородский машиностроительные заводы, «Донецкгормаш», Донецкий энергозавод) и двух российских машиностроительных заводов (Каменского и Шахтинского).За четыре года наработан громадный и уникальный опыт – «под ключ» оборудовано более 120 лав Украины и России. «Укруглемашем» охвачен полный цикл работ: от изучения особенностей конкретного угольного предприятия, разработки техники под конкретного заказчика, изготовления оборудования на заводе до постгарантийного обслуживания. Совместно с «Донгипроуглемашем» разработано более 40 видов нового угледобывающего оборудования, по производительности и ресурсу соответствующего мировым образцам.
Среди проблем, стоящих перед угольной промышленностью Украины и напрямую влияющих на динамику добычи угля, наиболее острой остается ускорение темпов проведения подготовительных выработок. Без ее решения невозможно обеспечить своевременную подготовку фронта очистных работ. Эта же проблема не менее актуальна и для других угледобывающих стран СНГ.
За последние три года в Украине показатели объемов проведения всех выработок не только стабилизировались (на уровне 685–695 км в год, в том числе вскрывающие и подготавливающие – 535–545 километров), но даже наметился их некоторый рост. Хотя, по сравнению с 1995 годом, годовой объем проведения всех выработок сократился в 1,45 раза, а вскрывающих и подготавливающих – в 1,38 раза. В то же время объемы проведения выработок проходческими комбайнами выросли с 231 км в 1998 г. до 256 км в
2003 г. Начиная с середины 90-х годов уровень проведения выработок проходческими комбайнами постоянно повышался, увеличившись с 31,1% в 1995 году до 45,5% в 2003 году. Положительная тенденция увеличения объемов проведения выработок проходческими комбайнами должна сохраниться, составив к 2005 году 340–350 км (53–55% от общего объема).
Сохранится и наметившийся с 1997 года стабильный рост средних скоростей проведения выработок всеми типами комбайнов (к 2005 году достигнув 105–110 м/месяц). Будет продолжаться процесс вытеснения комбайнов легкого типа (1ГПКС, КСП21, КСП22) комбайнами среднего и тяжелого типов (П110, П220, КСП32, КСП42, КПД, КПУ), удельный вес которых в общем парке проходческих комбайнов к 2005 году достигнет 65–70%.
Необходимо отметить, что за последние 6 лет в Украине наметились определенные сдвиги в области создания проходческих комбайнов. Парк действующих машин пополнился новыми моделями: П110 и П220 производства ЗАО «Новокраматорский машиностроительный завод» и КСП21, КСП22, КСП32, КСП42 (модернизированные варианты проходческих комбайнов 1ГПКС, 4ПП2М, 4ПП5) производства ОАО «Ясиноватский машиностроительный завод». Однако технический уровень новых и, тем более, модернизированных комбайнов существенно отстает от современных требований, особенно в части таких показателей, как гарантийный ресурс разрушенной породы, расчетный ресурс основных узлов (так у комбайнов ЗАО «Новокраматорский машзавод» эти показатели – 18 тыс. м3 и 10000 часов, у комбайнов ОАО «Ясиноватский машиностроительный завод» – 16 тыс. м3 и 5000 часов, а необходимо как минимум 24–26 тыс. м3 и 20000 часов, соответственно), эксплуатационная надежность, ремонтопригодность, расширение функциональных возможностей, обеспечение требований безопасности и промышленной санитарии (прежде всего по фактору запыленности), возможность комплексного решения всех вопросов проходческого цикла.
Первый шаг в создании «Донгипроуглемашем» новых проходческих комбайнов П110 и П220 подтвердил правильность стратегического направления по созданию в Украине проходческой техники, соответствующей мировому уровню, позволяющей резко увеличить темпы проведения выработок. Проходческие комбайны П110 и П220, доля которых в 2000 году в общем парке составляла всего лишь 8,6%, обеспечивали в течение 5 лет средние скорости проведения выработок в 1,6–1,8 раза выше, чем в среднем по отрасли, чем во многом определили наметившийся с 1997 года общий рост скорости проведения выработок всеми типами комбайнов.
Для выполнения прогнозируемых в 2005 году на уровне 340–350 км объемов проведения выработок комбайнами, при сокращении их общего парка до 420–430 единиц, средние скорости проведения выработок комбайнами должны возрасти до 110 м/мес.
Для решения поставленных задач «Донгипроуглемаш» считает необходимым в кратчайшие сроки насытить рынок конкурентоспособными не только на внутреннем, но и на мировом рынке моделями проходческих комбайнов и комплексов на их основе; т. е. оборудованием, с помощью которого удалось бы обеспечить существенное повышение безопасности и улучшение условий труда проходчиков, резкое сокращение сроков и повышение качества подготовки фронта очистных работ, ускорение строительства новых горизонтов и шахт.
Основные базовые модели создаваемых специалистами «Донгипроуглемаша» комбайнов это:
- проходческий комбайн среднего класса КПД;
- проходческий комбайн тяжелого класса КПУ;
- проходческий комплекс для проведения выработок с анкерной крепью КПА.
Комбайны и комплексы будут оснащаться системами пылеотсоса и высоконапорного орошения, средствами механизации возведения арочных и анкерных крепей, системами диагностики.
Проходческий комбайн КПД
Первым представителем типоразмерного ряда комбайнов является комбайн среднего класса КПД.
Проходческий комбайн КПД (табл. 1) предназначен для механизации отбойки и погрузки горной массы при проведении выработок арочной, трапециевидной и прямоугольной форм сечением от 7 до 20 м2 в проходке с углом наклона 12° по углю и смешанному забою с максимальным пределом прочности пород при одноосном сжатии δсж 100 МПа (f =7) и абразивностью до 15 мг в шахтах, опасных по газу и пыли (при этом содержание пород с δсж=100 МПа должно быть не более 15% площади забоя при суммарной присечке пород не более 75%).
Таблица 1
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
По требованию заказчика комбайн может оборудоваться:
- системой высоконапорного орошения давлением до 10 МПа;
- агрегатом обеспыливающим производительностью 320 м3/мин;
- двумя бурильными установками для возведения анкерной крепи;
- крепемонтажным устройством для арочной крепи;
- мостовым перегружателем с лентой шириной 800 мм.
В период опытно-промышленной эксплуатации комбайна КПД на шахте «Добропольская» ГП «Добропольеуголь» в 2002 г. им было пройдено более 1500 метров выработок и выполнено 140 м поддирочных работ по восстановлению сечения штрека. Получены положительные результаты устойчивой работы комбайна с темпами 13–17 м/сутки.
Опыт эксплуатации комбайна КПД показал:
- исполнительный орган комбайна КПД имеет более совершенную схему набора режущего инструмента, чем у комбайна П110, что обеспечивает эффективное разрушение породного забоя, особенно по крепким – δсж 80–100 МПа (f =6–7) –породам;
- погрузка разрушенной горной массы звездами питателя сводит до минимума ручную зачистку за комбайном;
- высоконапорное орошение обеспечивает эффективное гашение пыли, в 8–10 раз снижая уровень запыленности воздуха у комбайна;
- сборка-разборка отдельных узлов у комбайна КПД в целом менее трудоемка, чем у комбайнов П110;
- аппаратура управления и диагностики обеспечивает удобное для обслуживающего персонала визуальное отображение состояния основных узлов, систем и блоков комбайна.
Проходческие комбайны КПД в настоящее время эксплуатируются на шахтах «Добропольская» ГП «Добропольеуголь», «Холодная Балка» и им. Кирова ГП «Макеевуголь», «Родинская» ГП «Красноармейскуголь», «Молодогвардейская» и «Самсоновская-Западная» ГП «Краснодонуголь» и др.
Проходческий комбайн КПУ
Еще одним представителем типоразмерного ряда является комбайн тяжелого класса КПУ.
Проходческий комбайн КПУ (табл. 2) предназначен для механизации отбойки и погрузки горной массы при проведении выработок арочной, трапециевидной и прямоугольной форм сечением от 9 до 30 м2 в проходке с углом наклона 12° по углю и смешанному забою с максимальным пределом прочности пород при одноосном сжатии δсж80–120 МПа (f =8) и абразивностью до 15 мг в шахтах, опасных по газу и пыли (при этом содержание пород с δсж =120 МПа должно быть не более 30% площади забоя при суммарной присечке пород не более 75%).
Таблица 2
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
В настоящее время опытно-промышленная эксплуатация комбайна КПУ ведется на шахте «Южнодонбасская №3» ГП «Донецкуголь».
Проходческий комбайн КПУ
Для сокращения времени бурения шпуров проходческие комбайны нового поколения КПД и КПУ оснащены двумя бурильными установками, расположенными непосредственно на раме исполнительного органа комбайна. Оригинальная конструкция бурильных установок позволяет оперативно устанавливать их в рабочее или транспортное положение, возводить анкерную крепь в кровлю и бока выработок высотой от 2 м и выше.
Удобство управления бурильными установками при бурении как вертикальных, так и наклонных шпуров, возможность одновременной работы двух установок в сочетании с высокой производительностью комбайна по разрушению забоя позволяют обеспечить сокращение проходческого цикла в 2,7–2,8 раза по сравнению с достигнутым сегодня уровнем.
Лучшие зарубежные аналоги уступают комбайнам КПД и КПУ по показателям энерговооруженности в 1,3–1,5 раза, по области применения (крепость разрушаемых пород)– в 1,2–1,3 раза, по строительной высоте – в 1,2–1,4 раза.
Проходческие комбайны рассмотренного типоразмерного ряда практически полностью покрывают весь диапазон горно-геологических условий шахт, где возможно применение стреловидных проходческих комбайнов. Их широкое внедрение позволит существенно увеличить темпы проведения проходческих выработок и ускорить ввод лав под современные очистные комплексы, значительно снизить долю ручного труда, создать более комфортные и безопасные условия труда для горнорабочих.
Перспективы анкерного крепления выработок
Одним из условий эффективной и безопасной работы при проведении подготовительных выработок на шахтах Украины является обеспечение их устойчивости при минимальном расходе крепящих материалов. Крепи, выполненные из тяжелых профилей специального проката (арочная крепь), в условиях значительного напряженного состояния горного массива не обеспечивают необходимой устойчивости и безремонтного поддержания выработок. Их возведение является плохо поддающимся механизации трудоемким процессом. Материалоемкость крепей снижает технико-экономические показатели проходки и, в значительной степени, сдерживает темпы проведения выработок.
За последние годы все большее распространение в угольной и горно-рудной промышленности получает анкерная крепь, повышающая устойчивость горных выработок и позволяющая увеличить темпы ведения подготовительных работ при экономии средств на их поддержание.
Применение анкерной крепи на шахтах стран с развитой угледобывающей промышленностью позволило в 5–10 раз уменьшить расход металлопроката, бетона, леса; в 3–5 раз повысить производительность работ при креплении выработок; в 2–3 раза повысить темпы проходки; вдвое сократить затраты на крепление и поддержание крепи в рабочем состоянии во время эксплуатации. Химическое анкерование позволяет пересмотреть технологию очистных работ и перейти от цикличной выемки угля в длинных комбайновых забоях к практически непрерывной, поточной добыче и тем самым снизить трудоемкость очистных работ на 25–35%.
Первый в Украине опыт применения химического анкерования при проведении выработок накоплен шахтами «Россия», «Павлоградская», «Красноармейская-Западная №1». На примере этих шахт была подтверждена эффективность химического анкерования в условиях украинских шахт.
Вместе с тем применение ручных колонковых установок в качестве основного средства для возведения анкерной крепи не позволило достичь высоких показателей проходки (5–12 м/сутки), характерных для забоев зарубежных шахт. Средние темпы составили 2,5–3 м/сутки при 10–12 устанавливаемых анкерах на 1 м выработки (из них 4–6 анкеров в бока).
Для существенного снижения трудоемкости возведения анкерной крепи, обеспечения устойчивых темпов проходки 600–800 м/месяц «Донгипроуглемашем» создается базовая модель проходческого комплекса КПА.
Проходческий анкеровальный комплекс КПА (табл. 3) предназначен для механизации отбойки и погрузки горной массы при проведении горизонтальных и наклонных до 120 выработок с плоской кровлей, сечением от 13,5 до 21 м2 в проходке по углю и смешанному забою с максимальным пределом прочности пород до δсж=70 МПа (f =5), со средствами возведения анкерного крепления в шахтах, опасных по газу и пыли.
Таблица 3
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Отличительными конструктивными особенностями комплекса КПА являются:
- высокая энерговооруженность двух исполнительных органов суммарной мощностью 2х160 = 320 кВт;
- возможность совмещения операций по разрушению забоя и возведению анкерной крепи;
- расчетный ресурс основных узлов комплекса не менее 20000 часов;
- возможность одновременной установки четырех анкеров в кровлю и двух – в бока выработки;
- применение пылеотсасывающей установки производительностью до 320 м3/мин.
На первом этапе своего внедрения проходческие анкеровальные комплексы КПА будут использоваться на передовых шахтах Украины, где существует возможность пересмотра привычной технологии ведения очистных работ и перехода от цикличной выемки угля в длинных комбайновых забоях к практически непрерывной поточной, обеспечивающей снижение трудоемкости ведения очистных работ, прежде всего, в зоне сопряжения лавы со штреком.
За счет сокращения в два раза времени обработки забоя и в два-три раза операций по бурению скважин и установке анкеров, а также совмещения операций по обработке забоя и креплению выработки применение комплекса КПА позволит сократить продолжительность проходческого цикла до 25 мин на 1 м проходки.
Проходческие анкеровальные комплексы КПА могут быть востребованы и угольными шахтами России, где этот прогрессивный вид крепления применяется в 70–80% всех проводимых выработок с использованием индивидуальных колонковых буровых станков. Серийное производство проходческих анкеровальных комплексов КПА начнется в 2005 году.
Созданные «Донгипроуглемашем» самоходные малогабаритные анкеровальные установки на гусеничном ходу УАК практически исключают ручной труд при возведении анкерной крепи, перекреплении выработок различной формы и сечения. Они позволят обеспечить бурение шпуров по забою для проведения выработок буровзрывным способом при сечении выработок арочной формы S<30 м2, возведения анкерной крепи в кровлю и бока выработок различной формы, рыхление вспученной почвы глубиной до 1 м для дальнейшей её уборки профилеподдирочными машинами. Опытный образец установок УАК1, изготовленный на ОАО «Горловский машиностроитель», в 2004 году пройдет приемочные испытания на одной из шахт Донбасса.
Внедрение вышеуказанных прогрессивных средств проведения подготовительных выработок с анкерным креплением, прежде всего при техническом перевооружении лав новыми комплексами, позволит существенно повысить технико-экономические показатели работы шахт и снизить себестоимость добываемого угля на 10–15 %.
Поддержание горных выработок
Общий объем поддерживаемых в эксплуатации горных выработок в Украине составляет 20 тыс. км. В этих условиях особенно важно поднять уровень механизации поддержания и ремонта подготовительных выработок.
Разработанные институтом «Донгипроуглемаш» профилеподдирочные машины с резцовым и ковшовым исполнительными органами для подрывки почвы крепостью до δсж=80 Мпа (f =6 ед. по шкале проф. Протодьяконова), не уступая по технико-экономическим показателям зарубежным аналогам, а по параметрам крепости подрываемых пород, производительности и возможности погрузки в транспортные средства превосходят их, обеспечивают резкое снижение объемов ручного труда за счет механизации наиболее трудоемких операций.
Первый опыт эксплуатации машины МПП на шахте им. Засядько подтвердил правильность выбранного направления по созданию компактной машины, обеспечивающей непрерывную боковую и заднюю погрузку породы с одновременным ее разрушением резцовым исполнительным органом.
На базе машины МПП разработано традиционное исполнение поддирочно-погрузочной машины с ковшовым объемом 0,35м3 с телескопическим исполнительным органом.
Автор: Косарев В.В.
Источник: Горная техника / Стройка
