CC BY
23
© В.В. Мельник, 2002
УАК 622.234.5
В.В. Мельник
РЕЗУЛЬТАТЫ СТЕНАОВЫХ И ШАХТНЫХ ИССАЕАОВАНИЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОБРАЗЦА ГИАРАВЛИЧЕСКОЙ ВЫЕМОЧНОЙ МАШИНЫ
Исследовательские испытания гидравлической выемочной машины проводились в соответствии с нормативными документами на стенде завода «Гидромаш» и шахте «Поло-сухинская» б. НПО «Прокопьевск-уголь» [1, 2]
Стендовые и шахтные исследования экспериментального образца гидравлической выемочной машины проводились при непосредственном участии автора под руководством проф., докт. техн. наук Михеева О.В. (МГИ, МГГУ) и проф., докт. техн. наук Атрушкевича А.А. (СКВ завода «Гидромаш-ВНИИгидроуголь»).
Экспериментальный образец гидравлической выемочной машины, разработанный МГИ, б. ПО «Гидроуголь», ИГД им. А.А Ско-чинского и СКВ завода «Гидромаш» был изготовлен на заводе «Гидромаш».
Г идравлическая выемочная машина (ГВМ) предназначена для отработки тонких угольных пластов с углами падения до 350, и осуществляет выемку угля тонкими перекрещивавшимися
струями и доставку его безнапорным гидротранспортом вдоль очистного забоя в аккумулирующий штрек.
Во время стендовых и шахтных испытаний ГВМ осуществлялось:
• установление рациональных параметров разрушения углепесчаноцементных блоков тонкими перекрещивавшимися струями, формируемыми в струеформирующих коробках исполнительного органа;
• исследование работоспособности, надежности и герметичности системы перемещения
исполнительного органа, включающей в себя основной, вспомогательный и цепной передатчики, распор и задвижку;
• исследование надежности и герметичности системы подвода технологической воды к струеформирующим коробкам исполнительного органа.
Исследования по определению рациональных параметров разрушения углепесчаноцементных блоков тонкими перекрещивающимися струями при формировании их в струеформирующих коробках ГВМ производились на стенде СКВ завода «Гидромаш», оснащенном устройством для регулирования давления подводимой для разрушения воды, прозрачной камерой для визуальных наблюдений за процессами: вырезания двумя перекрещивающимися струями из углепесча-ноцемент-ного блока кусков определенной крупности; разрушения образцов на всю мощность при воздействии 6 струй, формируемых в одной коробке исполнительного органа [3].
При установлении рациональных параметров разрушения и отделения стружки на углепесчаноцементных блоках струеформирующая коробка и образец помещались в прозрачный кожух по схеме, приведенной на рис. 1
При установлении рациональных параметров разрушения углецементных образцов тонкими перекрещивающимися струями, формируемыми в струеформирующей коробке исполнительного органа ГВМ, изменя-
лись следующие гидравлические, технические н технологические факторы:
- начальное давление воды Р = 8,0, 10,0, 12,0 МПа;
- начальный диаметр тонко-струйных насадок сЬ = 0,002,
0,003, 0,004 м;
- расстояние между осями тонкоструйных перекрещивающихся насадок в вертикальной плоскости 1в = 0,05, 0,1, 0,15, 0,2 м;
- начальное расстояние от тонкоструйных насадок до углепесчаноцементного блока 10 = =0,01, 0,02, 0,08, 0,04 м;
- угол воздействия перекрещивающихся струй в вертикальной плоскости б = 90°, 70°, 45° и 0° (струи параллельны);
- время воздействия перекрещивающихся струй ^ от 0 до 30 с интервалом 5 с.
Для определения состава образцов, наиболее пригодных для разрушения перекрещивающимися струями, была выполнена предварительная серия опытов по разрушаемости контрольных образцов. Эти опыты выявили приемлемое соотношение угля (У), песка (П) и цемента (Ц), которое оказалось близким к 1:3:1.
Во время стендовых исследований получены следующие результаты по установлению рациональных параметров вырезания из углецементного блока кусков двумя перекрещивающимися струями.
Влияние начального давления вода на глубину щелей в углепесчаноцементных образцах оценивается как линейное (рис. 2), т.е. увеличение давления воды приводит к пропорциональному увеличению глубины. Поэтому в шахтных условиях следует ориентироваться либо на макси-
Рис. 1. Схема разрушения углецементных блоков перекрещивающимися а) двумя струями 6) шестью струями
струями: 1 - блок; 2 - тонкоструйные насадки; 3 - вырезанный кусок блока; II 4 - экран; 1_ - расстояние между точками пересечения
мально возможное давление, развиваемое шахтной насосной установкой, либо на использование повысителей давления воды.
Одной из основных задач исследований являлось экспериментальное определение параметров разрушения, при которых высота щели является наименьшей, а глубина - достаточной для отделения кусков от образца, т.е. технология разрушения (выемки) должна обеспечивать вырезание кусков заданных размеров и исключить переизмельчение углецементного блока (а в шахтных условиях - угля).
Из анализа зависимостей глубины и высоты щелей от диаметра тонкоструйных насадок (рис. 3) при Ро = 12,0 МПа и 10 = 0,02 м следует, что увеличение диаметра тонкоструйных насадок приводит, как к увеличению глубины
(прямая 1), так и высоты щели (прямая 2). Кроме этого, глубина щели, равная 0,121 м (точка А, рис. 3), вполне достаточна для вырезания кусков из углецементных блоков. Следовательно, при указанных параметрах существует рациональная зона оптимальных диаметров тонкоструйных насадок, находящаяся в диапазоне от 0,027 до 0,033 м (заштрихованная область на рис. 3).
Влияние начального расстояния от тонкоструйных насадок до углецементного блока на глубину щелей представлена на рис.4. Начальное расстояние от тонкоструйных насадок во многом предопределяет глубину щелей. Максимальная глубина щелей для всех диаметров насадок получена при 10 = 0,01 м. Следовательно, для получения рациональной глубины щели при минимальном
времени воздействия струи необходимо поддерживать минимальное (из конструктивных возможностей) расстояние между насадками и образцом (забоем).
Зависимость расстояния между осями перекрещивающихся струй на величину вырезаемых кусков из образцов при Р = 12,0 МПа, ^ = 0,003 м, 10 = 0,01 м представлена на рис. 3.
График зависимости времени воздействия струй на глубину щелей приведен на рис. 6.
Для установления рационального значения расстояния между осями перекрещивающихся струй необходимо совместить зависимости, приведенные на рис. 5 и 6. Анализируя эти графики, нетрудно заметить, что как величина вырезаемых кусков с увеличением расстояния между осями перекрещивающихся струй, так и глубина щели о увеличением времени воздействия увеличиваются до определенного предела соответственно 0,153 м и 20 с. Дальнейшее увеличение расстояния между осями перекрещивающихся струй приводит к "нулевому размеру куска", т.е. процесс вырезания из углецементного блока кусков прекращается. Время воздействия струи так же имеет свое граничное значение, при истечении которого подводимая к образцу анергия не реализуется, т.е. струя воздействует, а глубина щели практически не увеличивается.
Поэтому практический интерес представляет не вообще максимальный размер вырезаемого куска за неопределенное время, а максимально возможный размер куска при рациональном расстоянии между осями перекрещивающихся насадок в вертикальной плоскости за минимально возможное время воздействия струй. Эти величины установлены и составляют соответственно 0,125 м и 12 с.
Проведенные исследования стендовые исследования струеформирующих устройств ГВМ позволили установить рациональные параметры вырезания из углецементного блока кусков заданной крупности двумя перекрещивающимися струями:
- начальное давление воды Ро =
12,0 МПа;
- диаметр тонкоструйных насадок ^ = 0,003 м;
-расстояние между осями тонкоструйных перекрещивающихся насадок в вертикальной плоскости 1в = 0,125 м;
- начальное расстояние от тонкоструйных насадок до углеце-ментиого блока 10 = 0,01 м;
- угол воздействия перекрашивающихся струй в вертикальной плоскости бв = 450;
- время воздействия перекрашивающихся струй t = 12 с.
Для определения рациональных параметров разрушения углецементных образцов при воздействии шести перекрещивающихся струй, формируемых в одной струеформируюшей коробке ГВМ, были выполнены измерения производительности разрушения. При этом для получения объема "вырезанного" перекрещивающимися струями материала образец подвергался измерению начального и конечного объемов образца. По разности начального и конечного объемов устанавливался объем разрушенной части образца.
Рациональные параметры вырезания из углецементного блока кусков определенной крупности двумя перекрещивающимися
струями установлены и поэтому на следующем этапе экспериментально определено:
- взаимное расположение перекрещивающихся струй для обеспечения постоянной величины
стружки при разрушении углецементного образца;
- скорость перемещения струеформируюшей коробки относительно образца.
Взаимное расположение перекрещивающихся струй влияет не только на качество разрушения углецементного блока, но и на производительность разрушения.
Экспериментально исследовалась схема расположения перекрещивающихся струй (рис. 1.б), у которой расстояние 1 между парами перекрещивающихся струй составляет от 0,05 до 0,2 м с интервалом 0,05 м. Установлено, что стружка постоянной величины и максимальная производительность разрушения зафиксирована при 1 = 0,12 м.
Скорость перемещения
струеформируюшей коробки относительно углецементного образца регулировалась от 0,1 до
1.0 м/мин количеством жидкости, подаваемой в основной и вспомогательный податчики. Максимальная производительность разрушения углецементного блока при воздействии шести перекрещивающихся струй зафиксирована при следующих гидравлических, технических и технологических факторах:
- начальное давление воды Р =
12.0 МПа;
- диаметр тонкоструйных насадок d = 0,003 м;
- расстояние между осями тонкоструйных перекрещивающихся насадок в вертикальной плоскости 1в= 0,125 м;
- начальное расстояние от тонкоструйных насадок до углоцементного блока 10 = 0,01 м;
- углы воздействия перекрещивающихся струй в вертикальной плоскости б = 450;
- расстояние между парами перекрещивающихся струй 1=0,12 м;
- скорость перемещения струеформируюшей коробки относительно углецементного блока V п = 1,0 м/мин.
Монтаж экспериментального образца ГВМ был произведен в мае-июне 1988 г. в лаве 26-25 пласта 26а шахты «Полосухинская» НПО «Прокопьевскгидроуголь».
Непосредственно на монтаж гидравлической выемочной машины при общем весе 12,3 т было за-
трачено 23 чел. смен (без учета доставки) из них:
- на монтаж исполнительного органа - 20,3 чел/см;
- на монтаж основного гидравлического податчика - 5,8 чел/см;
- на монтаж вспомогательного гидравлического податчика - 4,4 чел/см;
- на монтаж распоров - 1,1 чел/см;
- на монтаж системы подвода воды к струеформируюшим - 7,7 чел/см.
Удельная трудоемкость монтажа составила 0,3 чел.см/т. Общие затраты на монтаж гидравлической выемочной машины составили 3 тыс. руб.
Однако из-за срывов шахтой «Полосухинская» графика подачи высоконапорной воды на экспериментальный участок был проведен только первый этап шахтных испытаний гидравлической выемочной машины.
Выводы
Исследовательские испытания экспериментального образца гидравлической выемочной машины производились на стенде завода «Гидромаш» и в лаве 26-25 пласта 26а шахты «Полосу-хинокая» б. НПО «Прокопьевск-гидроуголь».
В ходе исследовательских испытаний установлено:
1.Основные технические и технологические решения, заложенные в гидравлической выемочной машине, подтвердили правильность идеи и ее работоспособность.
2. Рациональные параметры вырезания из углецементных блоков кусков заданной крупности.
3. Рациональные гидравлические, технические и технологические параметры разрушения углецементных блоков шестью перекрещивающимися струями, формируемыми в струеформируюшей коробке.
4. Увеличение производительности выемки угля при применении гидравлической выемочной машины до 2,7 т/мин.
5. Обеспечение благоприятных условий пульпоформирования при рассредоточенной выемке угля гидравлической выемочной машиной.
6. Высокая надежность и работоспособность системы переме-
щения исполнительного органа и подвода технологической воды.
----------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Программа и методика предварительных испытаний агрегата фронтального тонкоструйного АФТ2.00.000 ПМ. -Новокузнецк.: СКВ завод «Гидромаш» - МГГУ, 1988. - 20 с.
2. Протокол исследовательских испытаний гидравлической выемочной машины. - Новокузнецк: СКВ завода «Гидромаш» -МГИ, 1988. -12 с.
3. Мельник В.В, Галкин В.Н., Абрамин Н.И. Результаты заводских испытаний гидравлической выемочной машины / В. сб. Коммерческое освоение угольных месторождений. -М.: МГИ, 1989. -С. 13-14.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Мельник Владимир Васильевич - доцент, кандидат технических наук, кафедра «Подземная разработка пластовых месторождений», Московский государственный горный университет
