Методика обоснования параметров гидромеханизированной технологии разработки угольных пластов

УДК 622.234.575.016.25

аспирант кафедры ПРПМ

Московский государственный горный университет

Методика обоснования параметров гидромеханизированной технологии разработки угольных пластов

Technique of justification of parameters of the hydromechanized technology of development of coal layers

Технология очистной выемки угля механогидравлическим агрегатом отличается от комплексно-механизированной тем, что предусматри­вает:

- использование различных струйных подвижных органов разру­шения вместо комбайна;

- применение гидротранспорта угля вместо конвейерного;

- специфические операции выемочного цикла, например, сокра­щение трубного става и желобов, открытие, закрытие задвижек при подаче воды под давлением.

Поэтому существующие методики непригодны для расчета на­грузки на очистной забой, оборудованный механогидравлическим агрега­том с подвиж-ными органами разрушения, работающими в различных режимах, и нуждаются в дополнениях и корректировках, получен­ных на основе шахтных и теоретических исследований агрегатно-гидравлической технологии.

В [1] предложена методика определения нагрузки на очистной забой гидромониторного агрегата с однострунным подвижным (органом разрушения, работающим в режиме врубообразования и обрушения.

Зависимость для определения суточной нагрузки на очистной забой, оборудованный гидравлическим агрегатом с различными струйными подвижными органами разрушения: одноструйными, работа­ющими в режимах сопряженных воронок, врубообразования и обруше­ния, двухструйными, трехструйными, работающими соответственно в режимах двух - и трехструйного разрушения, и тонкоструйными, работающими в режиме перекрещивающихся струй, на основании [2,3,4,5,6] с учетом корректировок, принимает вид:

, т/сут (1)

где - коэффициент извлечения угля, учитывающий его поте­ри при выемке и транспортировке; N - количество смен по добыче угля в сутки; - продолжительность смены, мин;

- суммарные нормативные затраты времени на выпол­нение подготовительно-заключительных операций, мин/смену;

- время на устранение неполадок машин и механизмов агрегата, мин/смену, определяется по данным хронометражных наблюдений;

- суммарная продолжительность учитываемых организа­ционно-технических простоев, мин/смену; l - длина лавы, м; - ширина захвата различ-ных струйных подвижных орга­нов разрушения, м;

- мощность пласта, м; - средняя плотность угля, т/м3;- нормативные затраты времени на выполнение основной операции по выемке угля с учетом сдерживающих фак­торов, мин/м; - нормативные затраты времени на выполнение вспомо­гательных операций, мин/м; - нормативные затраты времени на выполнение операции по креплению агрегатного забоя, мин/м; - нормативные затраты времени на перемещение одно-,
двух - и трехструнного органа разрушения в исход­ное положение, мин/м;

- нормативные затраты времени на сокращение трубно­го става и желобов, мин/м;

- нормативные затраты времени на подготовку машин и механизмов агрегата к выполнению следующего цик­ла, мин/цикл.

Суммарные нормативные затраты времени на выполнение подготовительно-заключительных операций по данным хронометражных наблюдений составляют 14 мин/смену. Время на устранение неполадок машин и механизмов агрегата 30 мин/смену. Величина Тп также устанавливается по данным хронометражных наблюдений и для гидравлического агрегата составляет 18 мин/смену.

Норматив времени на выполнение основной операции по выемке угля различными струйными органами разрушения

, мин/м, (2)

П - производительность различных струйных подвижных органов разрушения, т/мин.

К вспомогательным операциям при выемке угля в агрегатно-гидравлическом забое относятся опробование перемещения стволов одно-, двух - и трехструнного органов разрушения перед выемоч­ным циклом; осмотр и замена гидромониторных или тонкоструйных насадок; открытие, закрытие задвижек при подаче воды под давлением и связь с диспетчером гидрошахты; управление стволом (стволами) одно-, двух - и трехструйного органов разрушения в процес­се выемки, манипуля­ции с гибким рукавом для подвода воды под давлением к органу разрушения. По данным хронометражных наблюдений процесса выем­ки угля гидравлическим агрегатом - 27 мин/м.

Норматив времени на выполнение операции но креплению очист­ного забоя

, мин/м, (3)

где Vкр - скорость крепления агрегатного забоя, согласно [2] с учетом хронометражных наблюдений равня­ется 2,4 м/мин.

Норматив времени на перемещение одно-, двух - и трехструйно­го органов разрушения в исходное положение для выемки стружки угля

, мин/м, (4)

где Тnep - скорость перемещения одно-, двух - и трехструйного органов разрушения, которая по техническим данным гидравлического передвижчика агрегата регулирует­ся от 1,0 до 3,0 м/мин. Время на сокращение трубного става и желобов определяется по зависимости

, м/мин, (5)

- норматив времени на сокращение трубного става и же­лобов на I м подвигания агрегатного забоя по дан­ным [2] составляет 2,92 м/мин; - длина трубы высоконапорного става диаметром 0,125 м равняется 2,5 м.

Время на подготовку гидравлического агрегата к следующему циклу устанавливаются экспериментально, Тм = 10 мин.

Для определения производительности гидравлического агрега­та с различными струйными подвижными органами разрушения необ­ходимо установить производительность каждого из них.

Для определения производительности одноструйного подвижно­го органа разрушения, работающего в режиме сопряженных воронок, за основу принимаем формулу [7]

, т/мин (6)

где - диаметр насадки, м; - осевое динамическое давление струи в месте ее кон­такта с забоем, МПа; - удельное водопоглощение пласта, см/МПа·с; Рср - среднее динамическое давление струи в месте ее контакта с забоем, МПа; - коэффициент, учитывающий размеры заходки;

- расстояние от насадки до места контакта струи с забоем, м; - временное сопротивление угля одноосному сжатию, МПа; - диаметр струи в месте ее контакта с забоем, м.

Осевое динамическое давление струи определяется из выражения

, МПа (7)

где - начальное динамическое давление струи, МПа;

- - длина начального участка струи, м.

, м (8)

где - число Рейнольдса для начального сечения струи.

, (9)

- начальная скорость струи, - кинематический коэффициент вяз-кости для воды, при t = 12°С, = 1,24-10-6 м2/с.

Удельное водопоглощение пласта для углей Кузбасса изменяется от 0,2 до 0,09 см/МПа·с и выбирается по таблице, приведенной в [7].

Среднее динамическое давление струи находится по зависимо­стям [8] :

для участка струи Re = 0,413··106;

, МПа (10)

для участка струи Re = 120··106;

, МПа (11)

Диаметр струи у забоя определяется по уравнению

, МПа (12)

где - коэффициент расхода насадки, = 0,93-0,98;- коэффициент распада струи,

= 7,03 (13)

Коэффициент, учитывающий размеры заходки, определяется из выражения

, (14)

где С, L – ширина и длина заходки, по рекомендациям института ВНИИ-гидроуголь составляют соответственно 4-6 и 8,10 м [6]; S – показатель степени.

, (15)

D – определяется по зависимости (12).

Значение для углей Кузбасса изменяется в диапазоне от 11,0 до 22,0 МПа.

Проведенные шахтные экспериментальные исследования показа­ли, что существует оптимальное значение диаметра насадки, рав­ное 0,020 м, отклонение от значения которого приводит к умень­шению глубины сопряженной воронки, производительности однострун­ного подвижного органа разрушения и агрегата в целом.

Поэтому в зависимость (6) вместо величины d поставим многочлен -0,86d3 + 31,12d,5d + 549,75, полученный на основе обработки экспериментально полученных зависимостей производи­тельности однострунного подвижного органа разрушения, работающе­го в режиме сопряженных воронок от диаметра насадки

,т/мин (16)

Формула (16) справедлива для определения производительно­сти однострунного органа разрушения в точке, расположенной на расстоянии от насадки. Для получения средней производитель­ности по длине струи в интервале от 0,25 до , выражение (16) необходимо проинтегрировать по по аналогии с [1]

, т/мин (17)

Для определения производительности однострунного подвижного органа разрушения, работающего в режиме врубообразования и обрушения, за основу принимаем формулу [9], по­лученную для расчета производительности гидромонитора при выемке угля в очистных выработках перемещающейся струей воды.

Минутная производительность гидромонитора:

, т/мин (18)

где - высота врубовой щели (борозды), м; - высота забоя врубо-вой щели, =0,15 согласно [8]; С - ширина заходки, м; - глубина врубо-вой щели, м; - средняя плотность угля, т/м3; Т - суммарное время, затрачи-ваемое на обработку забоя заходки с учетом времени на изменение направления движения струи, с.

Высота врубовой щели определяется из уравнения

, м (19)

где m - тангенс утла наклона врубовой щели, m = 0,12 [8] ; - скорость перемещения струи по забою, которая изменя­ется в пределе от 0,1 до 2 м/с.

Значения величин , , входящих в зависимость (19), определяются по формулам (7), (10), (11).

Глубина врубовой щели определяется из выражения

, м (20)

Суммарное время определяется из равенства

, с (21)

где t - время, затрачиваемое на обработку заходки шириной С,

, с (22)

t1 - время, затрачиваемое на изменение направления движе­ния струи, для очистных забоев t = 3,8-5 с.

По зависимости (18) определяется производительность гид­ромонитора, работающего в режиме врубообразования, т. е. масса угля (в тоннах), вынутая гидромониторной струей из врубовой ще­ли за одну минуту. Однако однострунный подвижный орган разруше­ния работает в наиболее производительном режиме - режиме врубо­образования и обрушения, так, например, при горизонтальной схе­ме "ступени" и порядке выемки от почвы к кровле пласта после образования горизонтальной врубовой щели и перемещения ствола в вертикальной плоскости на величину плеча обрушения горизонталь­ные перемещения повторяются, что приводит к обрушению части угольного пласта, заключенного между врубовой щелью и линией об­рушения.

Следовательно, для расчета производительности однострунно­го подвижного органа разрушения зависимость (18) необходимо дополнить вторым слагаемым, физический смысл которого заключает­ся в количестве угля, добытого (обрушенного) струей при ее пере­мещении параллельно или под углом к врубовой щели за одну минуту.

С учетом вышесказанного зависимость для определения производительности однострунного подвижного органа разрушения, работающего в режиме врубообразования и обрушения, принимает вид:

, т/мин (23)

- коэффициент, учитывающий уменьшение высоты врубовой щели;

- коэффициент, учитывающий уменьшение высоты забоя врубовой щели; - величина захвата органа разрушения, м; - коэффициент, учитывающий увеличение глубины врубо­вой щели; Т1 - время образования врубовой щели, с; n - количество перемещений струи параллельно врубовой щели; - величина плеча обрушения, м; - глубина обрушения, м; Т2 - время, затрачиваемое на перемещение струи параллель­но врубовой щели, т. е. обработки агрегатного забоя по принятой схеме с учетом времени на изменение на­правления движения струи, с.

Значение коэффициентов , , определяются из следую­щих выражений ; ; , (24)

где , , - соответственно высота, глубина врубовой щели и высота забоя врубовой щели, значения кото­рых получены экспериментально в шахтных усло­виях;

, , - соответственно высота, глубина врубовой щели и высота забоя врубовой щели, значения кото­рых получены по зависимости (19),(20) и согласно [8] при = 11 МПа, d =0,02 м, = 2,0 = 0,04 см/МПа·С, = 14,0 МПа, = 0,95.

Значения величин Т1 и устанавливаются экспериментально и для пласта "Спутник" при 11 МПа, =0,020 м, =0,25 м они соответственно равны 25с и 0,24 м.

Количество перемещений струи подвижного органа разрушения параллельно врубовой щели: при горизонтальном расположении врубовой щели

, (25)

при вертикальном расположении врубовой щели

, (26)

Величина глубины обрушения при выемке угля однострунным подвижным органом разрушения также устанавливалась в ходе шахт­ных экспериментальных исследований и для пласта "Спутник".

, м (27)

Значение времени обработки агрегатного забоя одноструйным органом разрушения вычисляется по следующей формуле:

, с (28)

где t – время одного перемещения струи, с; - количество точек изменения направления движения струи, с; - время изменения направления движения струи, с.

Время одного перемещения струи параллельно врубовой щели:
при горизонтальном расположении врубовой щели

, с (29)

при вертикальном расположении врубовой щели

, с (30)

Количество точек изменения направления движения струи находится по формуле

, (31)

Время на изменение направления движения струи установлено экспериментально и для одно-, двух - и трехструнных подвижных органов разрушения равняется 3 с. Время, затраченное на обработку агрегатного забоя одноструйным подвижным органом разрушения, работающим в режиме врубообразования и обрушения, по различным схемам и порядкам раз­рушения угольного массива, и количество точек изменения направ­ления движения при 11= МПа, =0,020 м, =0,25 = 0,24 м, = 0,5 м/с устанавливаются экспериментально и для пласта "Спутник" представлено в табл.1.

Из табл.1 видно, что минимальное время обработки агре­гатного забоя за-фиксировано при вертикальной схеме "ступени" и порядке разрушения от зава-ла на забой и равняется 17 с. За основу для определения производительности двухструнного подвижного органа разрушения принимается зависимость, полученная для определения производительности однострунного подвижного органа разрушения, работающего в режиме врубообразования и обрушения. Однако, поскольку эта зависимость справедлива для расчета производительности однострунного разрушения, а двухструйный подвижный орган разрушения работает в режиме двухструн­ного разрушения, то формулу (23) необходимо дополнить коэффициентами на основе экспериментально полученных данных.

Определения количества точек изменения направления движения струи и времени, затрачиваемого на обработку аг­регатного забоя однострунным подвижным органом разрушения, работающим в режиме врубообразования и обрушения, по раз­личным схемам и порядкам разрушения для пласта "Спутник"

Экспериментально установлено, что режим двухструйного разрушения при расстоянии между осями струй 0,25 м ( /d = 12,5) по сравнению с воздействием одиночной струи характеризуется:

- увеличением производительности и снижением энергоемкости выемки угля;

- увеличением глубины и высоты врубовой щели;

- увеличением ширины забоя врубовой щели;

- уменьшением времени образования врубовой щели;

- уменьшением количества перемещений струй параллельно вру­бовой щели;

- увеличением расхода воды для смыва горной массы из забоя.

Таблица 1.

Схема разрушения	Порядок разрушения	Количество­ точек из-менения направления движения струи	Время обработки агрегатного забоя, с
"Зигзаг" горизонтальная вертикальная	От почвы к кровле От кровли к почве От забоя на завал От завала на забой	10 10 3 3	43 49 25 25
"Ступени" горизонтальная вертикальная	От почвы к кровле От кровли к почве От забоя на завал От завала на забой	18 18 2 2	67 78 22 17
Комбинированная забойная центральная	От почвы к кровле От кровли к почве От забоя на завал От завала на забой	20 20 20 20	44 49 44 44

С учетом этого зависимость для определения производительно­сти двухструнного подвижного органа, работающего в режиме двух-
струйного разрушения, имеет вид:

, т/мин (32)

/ - коэффициент, учитывающий увеличение высоты врубовой щели;

/ - коэффициент, учитывающий увеличение ширины забоя врубовой щели;

/ - коэффициент, учитывающий увеличение глубины врубо­вой щели;

- время образования врубовой щели двумя сближенными струями, с;

n/ - количество перемещений двух сближенных струй па­раллельно врубовой щели;

- расстояние между осями сближенных струй, м;

- диаметр насадок на стволах, м;

- время, затрачиваемое на обработку агрегатного за­боя двумя сближенными струями по принятой схеме пос­ле образования врубовой щели с учетом времени на изменение направления движения струй, с.

Значение коэффициентов , , определяются из следую­щих выражений

; ; , (33)

где , , - - соответственно высота, глубина врубовой щели и высота забоя врубовой щели при двухструнном раз­рушении;

, , - соответственно высота, глубина врубовой щели и высота забоя врубовой щели при однострунном раз­рушении угольного массива, значения которых по­лучены по зависимостям (19),(20) и согласно [8].

Экспериментально установлено, что высота врубовой щели при двухструнном разрушении зависит от расположения струй и равня­ется:

при вертикальном расположении

= , м (34)

при горизонтальном расположении

= , м (35)

при наклонном расположении струй

= + , м (36)

где - угол наклона к почве пласта плоскости, проведенной через оси струй.

Следовательно, значение коэффициента равно: при вертикальном расположении струй , (37)

при горизонтальном расположении струй

, (38)

при наклонном расположении струй

= , (39)

Экспериментальные исследования показали, что ширина забоя врубовой щели при двухструйном разрушении также зависит от расположения струй:

при вертикальном расположении струй

, м (40)

при горизонтальном расположении струй

, м (41)

при наклонном расположении струй

= + , м (42)

Поэтому значение коэффициента для вертикального, го­ризонтального и наклонного расположения струй будет соответст­венно равняться:

; ; , (43)

Экспериментально установлено, что глубина врубовых щелей при двух-струйном разрушении пласта "Спутник" при горизонтальном и наклонном рас-положении струй одинакова, а при вертикальном увеличилась на 18-20%. Сле-довательно, значение коэффициента равняется:

при горизонтальном и наклонном расположении струй

, (44)

при вертикальном расположении

(45)

Значение величины также зависит от расположения струй и, например, при горизонтальной схеме "ступени" равняется:

при вертикальном расположении , (46)

при горизонтальном расположении , (47)

при наклонном расположении , (48)

Для определения времени отработки агрегатного забоя при двухструйном разрушении принимается зависимость (28) с усло­вием, что величина будет характеризовать количество пар то­чек изменения направления движения струй.

За основу для определения производительности трехструйного подвижного органа разрушения, работающего в режиме трехструйного разрушения, принимается зависимость (32), которую необхо­димо уточнить для режима трехструйного разрушения на основе экс­периментально полученных данных и дополнить выражение () величиной расстояния между центральной и верхней насадками струеформирующей части.

Тогда формула для расчета производительности трехструйно­го подвижного органа разрушения, работающего в режиме стрехструйного разрушения, принимает вид:

,т/мин (49)

где - коэффициент, учитывающий увеличение высоты забоя врубовой щели; - коэффициент, учитывающий увеличение ширины забоя врубовой щели; - коэффициент, учитывающий изменение глубины врубо­вой щели;

- расстояние между центральной и верхней насадками струеформирующей части, которое изменялось от 0,2 до 0,35 м; - время образования врубовой щели тремя сближенными струями органа разрушения, с; - время, затрачива-емое на отработку агрегатного за­боя тремя сближенными струями, по принятой схеме с учетом времени на изменение направления движения струй, с.

Экспериментально установлено снижение производительности трех-струнного органа разрушения по сравнению с двухструнным. Объясняется это отсутствием успокоителей в струеформирующей ча­сти и, как следствие, ухудшением качества формирования струй и уменьшением глубины разрушения.

Для определения производительности тонкоструйного подвиж­ного органа разрушения за основу принимаем зависимость, предло­женную [10] для определения производительно­сти тонкоструйной гидравлической выемочной машины:

, т/мин (50)

где l - длина лавы, м; - расчетная глубина разрушения, м;-коэффициент,

учитывающий неполадки при работе агре­гата в лаве, по аналогии с гидромонитором, =0,88; - коэффициент полезного водопотребления,

=0,68; Т - время, затрачиваемое на один проход рабочего органа агрегата по лаве, с.

Расчетная глубина разрушения равна плечу обрушения

, м (51)

где а - плечо обрушения, м;

- глубина разрушения угольного массива струей воды, м.

Зависимость для расчета глубины разрушения угольного масси­ва имеет вид: , м (52)

где - высота щели, образованная в угольном массиве тонкой струей, м; - длина начального участка тонкой струи, м; d - диаметр тонкоструйной насадки, м; - осевое динамическое давление тонкой струи в месте ее контакта с забоем, МПа; - среднее динамическое давление тонкой струи в месте ее контакта с забоем, МПа; - длина струи, м; - диаметр тонкой струи в месте ее контакта с забоем, м; - скорость перемещения органов разрушения выемочной машины по забою, м/с.

Высота врубовой щели, образованной в угольном массиве тонкой струе определяется из выражен , м (53)

где m - тангенс утла наклона стенок щели, m=0,14 [8].

Длина начального участка тонкой струи находится по формуле

=, м (54)

Поскольку длина струи не превышает , то осевое динамическое давление ее на этом расстоянии равно начальному, т. е.

=, МПа, (55)

В пределах длины начального участка среднее динамическое давление тонкой струи определяется по формуле , МПа (56)

Диаметр тонкой струи в месте ее контакта с забоем определя­ется по выражению , м (57)

где - коэффициент распада струи.

= , (58)

Зависимость (50) предложена для расчета произ-водительности гидравлической выемочной машины при разруше­нии угольного массива тонкими параллельными струями, воздейст­вующими на него перпендикулярно или под некоторым углом.

Тонкоструйный подвижный орган разрушения при исследованиях на пласте "Спутник" работал в режиме перекрещивающихся струй, поэтому формулу (50) необходимо дополнить коэффициентами, по­лученными на основе экспериментальных данных по разрушению угольного массива тонкими перекрещивающимися струями.

Экспериментально установлено, что режим перекрещивающихся струй при диаметре насадок 0,006 м, расстоянии между осями струй 0,30 м и углах воздействия струй в горизонтальной и вертикаль­ной плоскостямх 90 и 45° по сравнению с разрушением параллель­ными струями характеризуется:

- одновременным пульсационным воздействием перекрещивающихся струй, способствующими расшатыванию кусков угля, заключенных между струями;

- усилением эффекта гидравлического клина;

- фактическим отсутствием затопления тонких перекрещивающих­ся струй за счет выноса за пределы зоны разрушения вырезанных кусков угля;

- увеличением производительности и снижением энергоемкости выемки угля.

Кроме того, использование в тонкоструйном органе разруше­ния тонких перекрещивающихся струй по сравнению с параллельны­ми струями обеспечивает ликвидацию межщелевых целиков и не тре­бует дополнительных устройств для их удаления, что увеличивает надежность органа разрушения и не требует дополнительных затрат времени на повторные проходы струй по забою, которые приводят к снижению производительности органа разрушения; обеспечивает удовлетворительную подготовку кровли и почвы пласта под механи­зированную крепь.

Поэтому формула для определения производительности тонко­струйного подвижного органа разрушения принимает вид

, т/мин (59)

где - коэффициент, учитывающий увеличение производитель­ности органа разрушения за счет применения пере­крещивающихся струй;

- коэффициент, учитывающий увеличение глубины разру­шения. Значение коэффициента определяется из выражения

, (60)

де - расчетная производительность выемки органом раз­рушения, работающим в режиме параллельных струй, т/мин, определяемая по табл.2;

- экспериментально установленная производитель­ность выемки органом разрушения, работающего в режиме перекрещивающихся струй, т/мин.

По зависимостям (51), (52), (53) и (50) произведен расчет параметров разрушения угля и производительности выемки тонкоструйным органом разрушения в режиме параллельных струй () при углах воздействия струй до 60° и 30° и при изменении скорости перемещения органа разрушения по забою от 0,1 до 0,5 м/с с интервалом 0,1 м/с, а результаты сведены в табл.2.

Коэффициент, учитывающий увеличение глубины разрушения, определялся из выражения

, (61)

где - экспериментально установленная глубина разрушения угольного массива; - глубина разрушения, вычисленная по (51) и пред­ставленная в табл.2.

Таблица 2.

Параметры разрушения и расчетная производительность, тонкоструйного подвижного органа разрушения, работаю­щего в режиме параллельных струй.

, град	, м/с	, м	, м	, м	, т/мин
90	0,1	0,048	0,021	0,019	2,38
	0,2	0,036	0,014	0,013	3,17
	0,3	0,031	0,011	0,010	3,89
	0,4	0,029	0,010	0,009	4,53
	0,5	0,028	0,093	0,008	5,29
60	0,1	0,048	0,021	0,019	2,06
	0,2	0,036	0,014	0,011	2,74
	0,3	0,031	0,011	0,089	3,36
	0,4	0,029	0,010	0,078	3,93
	0,5	0,028	0,093	0,073	4,59
30	0,1	0,048	0,021	0,094	1,19
	0,2	0,036	0,014	0,063	1,59
	0,3	0,031	0,011	0,057	2,15
	0,4	0,029	0,010	0,05	2,52
	0,5	0,028	0,093	0,046	2,93

11= МПа, =0,006 м, =0,16; =0,54 м; Д=7,3 МПа; =12 МПа;

=0,2 см/МПа·с; =1,3 т/м3э

Подставив в зависимость (1), значения производительнос­ти, вычисленные по формулам (17),(23),(32),(49),(50) получим производительность гидрав-лического агрегата с одноструйнымм подвижным органом разрушения, работающим в режиме сопряжен­иях воронок, врубообразования и обрушения, двух - и трехструнным, работающими соответственно в режиме двух - и трехструнного раз­рушения, а также тонкоструйным, работающим в режиме перекрещи­вающихся струй.

Определив суточную нагрузку на агрегатный забой, необходимо определить условия ее обеспечения при известной относительности метанообильности лавы путем определения расчетного коэффициента дегазации по формуле , (62)

где V - регламентированная скорость воздушной струи, м/с, устанавливается на основании [11]; S - площадь поперечного сечения лавы, свободная для прохода струи воздуха, м2, определяется согласно [12]; - допустимая концентрация метана в исходящей струе воздуха, %, регламентируется [11]; - относительная метанообильность лавы, м3/т; - коэффициент структуры газового баланса; - производительность различных струйных подвижных органов разрушения, т/мин.

Если полученный коэффициент дегазации превышает максимально допустимый (62) для данных условий, то не­обходимо уменьшить интенсивность выемки до обеспечения равен­ства между ними.

Разработка экономико-математической модели выемочного участка с применением гидравлического агрегата.

Для определения оптимальных параметров технологии очистной выемки угля с применением гидравлического агрегата строится экономико-математическая модель выемочного участка.

В качестве оптимизируемых технологических параметров тех­нико-экономической модели принимаются длина очистного забоя и длина выемочного столба. В процессе оптимизации переменных эко­номико-математической модели определяется нагрузка на очистной забой, оборудованный гидравлическим агрегатом с различными струйными подвижными органами разрушения.

Под оптимальными параметрами технологии понимаются такие параметры, при которых обеспечивается минимум приведенных за­трат при расчетной суточной нагрузке на очистной забой в кон­кретных горно-геологических условиях. Экономико-математическая модель имеет следующую структуру

≤

10 ≤ ≤ 200

200 ≤ ≤ 2000

- приведенные затраты, руб/т; - вариант горногеологичес-ких условий; - оптимизируемые технологические параметры: длина лавы и выемочного столба; , - расчетный и допустимый коэффициенты дега­зации угольного пласта.

В модели учитываются эксплуатационные затраты на очистные работы, проведение и поддержание подготовительных выработок и капитальные - на оборудование агрегатно-гидравлического забоя и отдельные статьи расходов, связанные с применением гидравличес­кого агрегата.

Алгоритм экономико-математической модели представлен на формирование природных, гидравлических, технических и тех­нологических факторов (блок I);

- определение производительности различных струйных подвиж­ных органов разрушения (блок 4);

- определение суточной нагрузки на очистной забой, оборудо­ванный гидравлическим агрегатом с различными струйными подвиж­ными органами разрушения (блок 5);

- ограничение суточной нагрузки на очистной забой по газово­му фактору (блоки 6,7,8);

- определение приведенных затрат и выбор оптимальной длины лавы и выемочного столба (блоки 9,10,12,13);

- корректировка длины лавы и выемочного столба (блоки 2,3, 15,16,17,18);

- вывод на печать промежуточных и оптимизируемых параметров (блоки 11,14,19).

Для реализации экономико-математической модели необходимо произвести уточнение и корректировку стоимостных показателей приведенных затрат. Корректировка и уточнение ранее разработан­ных стоимостных показателей по элементам в виде функциональных зависимостей от оптимизируемых переменных экономико-математиче­ской модели производится на основе существующих методик [4,12,13,14].

Приведенные затраты на заработную плату рабочих и ИТР оп­ределяются по выражению

, руб/т, (64)

где - сменная численность ГРОЗ и слесарей дежурных, чел.-смену;

- суточная численность слесарей ремонтных и ИТР, чел.-сутки;

- количество рабочих смен по добыче угля;

- средняя тарифная ставка соответственно ГРОЗ, сле­сарей дежурных, слесарей ремонтных, руб/см;

- среднесуточная заработная плата ИТР, руб;

, - расчетные коэффициенты доплат для расчета полной заработной платы рабочих и ИТР.

Рис. 1. Блок-схема экономико-математической модели.

, руб/т (65)

Приведенные затраты на амортизационные отчисления на обо­рудование в пределах очистного забоя определяются по зависимо­сти

, руб/т (66)

где ,,- коэффициенты годовой нормы амортизации на вос­становление и ремонт секций механизированной крепи, струйного подвижного органа разрушения и гидравлического передвижчика;

, - стоимость единицы оборудования соответственно секций механизированной крепи, подвижного струйного органа разрушения, гидравлического передвижчика.

, руб/т (67)

Приведенные затраты на электроэнергию определяются по формуле

, руб/т (68)

где - суммарная мощность электродвигателей агрегата, кВт;

- плата за I кВт установленной мощности в сутки, руб;

- коэффициент мощности установленного оборудования;

- коэффициент машинного времени струйного под­вижного органа разрушения;

- коэффициент загрузки электродвигателей;

t - продолжительность рабочей смены, ч;

- цена I кВт потребляемой электроэнергии, руб;

- суммарная мощность электродвигателей гидравлического агрегата без насосной станции, кВт;

- мощность электродвигателей насосной станции, кВт;

Т - период времени, ч.

, руб/т (69)

Приведенные затраты на проведение подготовительных выработок определяются по зависимости

, руб/т (70)

где - стоимость проведения I м вентиляционного (аккумулирую-щего) штрека и вентиляционного уклона, руб; L – длина выемочного столба, м.

Затраты на проведение монтажной и демонтажной камеры нахо­дятся по уравнению , руб/т (72)

где , - стоимость проведения 1 м монтажной и демонтажной камеры , руб/т (73)

Затраты на монтаж и демонтаж гидравлического агрегата опре­деляются по следующей зависимости , руб/т (74)

где - переменная часть затрат на монтаж и демонтаж агрегата на I м длины лавы, руб;- постоянная часть затрат на монтаж и демонтаж агрегата на всю длину очистного забоя, руб.

, руб/т (75)

Затраты на проветривание очистного забоя определяются по зависимости

, руб/т (76)

где - площадь сечения призабойного пространства для про­хода вентиляционной струи в агрегатном забое, м2.

= 2,25 – 1,3, м3 (77)

Т - период времени, ч; - стоимость подачи 1000 м3 воздуха до забоя, руб.

, руб/т (78)

Затраты на поддержание горных выработок находятся по формуле

, руб/т (79)

где - стоимость поддержания I м аккумулирующего или вен­тиляционного

штреков в год, руб; - стоимость поддержания I м вентиляционного уклона в год, руб , руб/т (80)

Приведенные затраты на текущий ремонт гидравлического агре­гата определяются по формуле

, руб/т (81)

где К - стоимость гидравлического агрегата, зависящая от длины очистного забоя, тыс. руб; - стоимость агрегата, не зависящая от длины очистно­го забоя, тыс. руб; - коэффициент, учитывающий затраты на текущий ремонт.

, руб/т (82)

Затраты на износ труб высоконапорного и пожарного става, желобов, высоконапорных рукавов и шлангов, кабельной продукции и затраты на присадку при приготовлении эмульсии определяются по выражению

+, руб/т (83)

где - стоимость соответственно I м высоконапорного става, I пог. м желоба, I м оплетки высоконапорного рукава и шланга, I м кабельной продукции, I кг присадки, руб;

- срок службы соответственно высоконапорного става, желоба, кабельной про­дукции , сут; - расход высоконапорных рукавов в год на I м оплетки длины лавы, м; - расход присадки на I т угля при при­готовлении эмульсии, кг.

+

++, руб/т (84)

Суммарные приведенные затраты по очистному забою определяются по формуле +

+, (85)

Удельные капитальные затраты по очистному забою определяются по зависимости

руб/т (86)

где - коэффициент, учитывающий затраты на текущий ремонт.

, руб/т (87)

Экономико-математическая модель приведенных затрат по вы­емочному участку с применением гидравлического агрегата в зави­симости от оптимизируемых параметров: длины лавы и выемочного столба имеет следующий вид:

+, руб/т (88)

Составной частью экономико-математической модели является суточная нагрузка на очистной забой, оборудованный гидравличес­ким агрегатом с различными струйными органами разрушения, опре­деление которой производится по формуле (1) с учетом (17),(23),(32),(49),(50). Для определения оптимальных параметров технологии очистной выемки угля гидравлическим агрегатом при установленной суточной нагрузке необходимо взять частные производные по "" и "L " и приравнять их к нулю. В результате получим два уравнения с двумя неизвестными, решение которых позволяет найти оптимальные значения оптимизируемых параметров.

Таблица 3.

Значения оптимизируемых параметров технологии очистной выемки угля при применении гидравлических агрегатов с различными струйными подвиж-ными органами разрушения применительно к условиям пласта "Спутник" шахты "Инская" ПО "Гидроуголь".

Вид струйного подвижного ор­гана разрушения	Режим работы органа разрушения	Значения оптимизируемых параметров
Длина лавы, м	Длина выемочного столба, м
Двухструйный	Двухструйного разрушения	58,5-61,5	732-768
Тонкоструйный	Перекрещивающихся струй	67,5-70,5	751-787

ВЫВОДЫ.

1. Разработана методика моделирования параметров техно­логии очистной выемки угля с применением гидравлического аг­регата.

2. Разработана методика определения суточной нагрузки на
очистной забой, оборудованный гидравлическим агрегатом с различ­ными подвижными органам разрушения: одноструиными, работающими в режимах сопряженных воронок, врубообразоваиия и обрушения, двухструнными, трехструнными, работающими соответственно в режиме двух - и трехструйного разрушения, и тонкоструйными, рабо­тающими в режиме перекрещивающихся струй, предусматривающая ис­пользование экспериментальных данных, полученных при исследова­ниях агрегатно-гидравлической технологии.

3. Разработан алгоритм экономико-математической модели вы­емочного участка, оборудованного гидравлическим агрегатом.

4. Произведена корректировка и уточнение ранее разработан­ных стоимо-стных показателей приведенных и удельных капитальных затрат по очистному забою, оборудованному гидравлическим агре­гатом для условий гидрошахт Кузбасса.

5. Полученные в ходе реализации экономико-математической модели результаты позволили установить оптимальные параметры технологии очистной выемки угля гидравлическим агрегатом с двухструйным и тонкоструйным подвижными органами разрушения, а имен­но, длину лавы и выемочного столба, которые находятся в диапа­зоне соответственно 58,5-61,5 м, 732-768 м и 67,5-70,5 м, 751-787 м.

Литература.

1.  , Ееляев B. C., и др. Струговая выемка угля. – М.: Недра, 1978. – 237 с.

2.  Куприн гидротранспорт. – М.: Недра, 1964. –159 с.

3.  Длин A. M. Математическая статистика в технике. – М.: Советская наука, 1951. – 291 с.

4.  Рыжов статистика в горном деле. – М.: Высшая школа, 1973. – 287 с.

5.  Кретов параметров технологии агрегатной выемки угля на гидравлической основе. - Дис. ... канд. техн. наук. – М.: МГИ, 1985. – 187 с. (ДСП).

6.  Основные направления экономического и социального развития СССР на годы и на период до 2000 года. – М.: Политиздат, 1986. – 41с.

7.  Мельник разрушения угольного массива тонкоструйным подвижным органом разрушения в агрегатно-гидравлическом забое. - В сб.: Вскрытие и отработка шахтного поля блокстволами, обеспечивающими резкое снижение объемов горных работ. – М.: ЖМ, 1987. – С. 86-89.

8.  С, Штукатуров начального диаметра и напора струи на ее качество //Труды ИГД УФ АН СССР, вып. 3. – Свердловск, 1962. – С. 83-86.

9.  Мельник испытаний агрегатно-гидравлической технологии выемки угля на шахте "Инская" ПО "Гидроуголь" / Сб.: Технология подготовки шахтных полей с добычей угля и метана. – 1987. – С.72-75.

10.  С, С, Устинов ­ние шахт. – М.: Недра, 1985. – 398 с.

11.  , , Костюк по подземной разработке угольных месторождений. – М.: Недра, 1981. – 311 с.

12.  Методические документы по определению нагрузок на очистные забои угольных шахт. – М.: ИГД им. А.А. Скочинского, 1980. – 140 с.

13.  Прогрессивные технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах: Поясн. записка. – М.: ИГД им. . – 1979. – 246 с.

14.  Мельник разрушения угольного пласта двухструнным органом разрушения при агрегатной выемке. / Сб.: Малооперационная технология разработки угольных месторождений с применением комплексов, агрегатов и автоматических манипуляторов. –М.: МП, 1987. – С.36-38.

Аннотация.

В статье обоснована методика определения суточной нагрузки на очистной забой, оборудованный гидравлическим агрегатом с различными струйными подвижными органами разрушения. Разработан алгоритм экономико-математической модели вы­емочного участка, оборудованного гидравлическим агрегатом. Произведена корректировка и уточнение ранее разработан­ных стоимостных показателей приведенных и удельных капитальных затрат по очистному забою, оборудованному гидравлическим агре­гатом для условий гидрошахт Кузбасса.

In article the technique of definition of daily load of the clearing face equipped with the hydraulic unit with various jet mobile bodies of destruction is proved. The algorithm of economic-mathematical model of the vykemochny site equipped with the hydraulic unit is developed. Adjustment and specification of earlier razrabotankny cost indexes of the given and specific capital is made expenses on the clearing face equipped with hydraulic agrekgaty for conditions of hydromines of Kuzbass.

Ключевые слова.

гидромонитор, очистной забой, агрегат, гидрошахта

hydro monitor, clearing face, unit, hydromine