:: Показать последние записи ::

Как немцы в забоях увлажняют пыль?

автор: Олег Хоменко

О.Е. Хоменко

Проанализированы распространеные на шахтах Германии способы повышения эффективности работы проходческих и очистных комбайнов за счет увлажнения пыли. Раскрыты преимущества и недостатки эжекторного и увлажнения высоконапорными водяными струями.

Сегодня горнодобывающая промышленность Украина стоит на пороге коренной реструктуризации, как в организации, так и в техническом и технологическом обеспечении. Поэтому опыт передовых европейских стран чрезвычайно важный и требует всестороннего изучения. Основное направление научно-исследовательских работ Германии – совершенствование распространенной на предприятиях техники. Одним из таких направлений в области пылеподавления является конкурентная разработка двух видов увлажнения: эжекторного и высоконапорными водяными струями. В горнопромышленной компании «Вестфален АГ» концерна «Рурколе» разработано высоконапорное струйное увлажнение щелей резанья, внедренное в большинстве забоев компании. Увлажнение висонапорными водяными струями было разработано, испытано и широко внедрено в Институте горнопроходческих и добычных работ центра ДМТ. Комбайны селективного действия для проходки выработок в Германии имеют установленную мощность двигателей режущего органа до 350 кВт. Они используются при проведении пластовых и полевых выработок. С помощью таких комбайнов проводят около 50% пластовых выработок. На шахтах концерна «Саарбергверке» разработана схема эжекторного увлажнения, работающая по принципу трубки Вентури. Она имеет 24 эжектора, изготовленных в виде U-образных каналов, которые встроены в лопасти шнеков. Обе системы хорошо снижают пылеобразование, но для эффективного использования немецкого опыта на угольных и рудных шахтах Украины того или иного способа увлажнения необходим их детальный анализ.

Механизированная проходка по сравнению с буровзрывным способом в легких и средней сложности, эксплуатационных условиях преобладает за счет меньшей нагрузки на бригаду рабочих, более высокого уровня безопасности и повышенной производительности труда. Проходка выработок комбайнами селективного действия в крепких, кварцовмещающих породах сопровождается образованием большого объема кварцевой пыли, способного проникать в легкие рабочих. Пыль также характеризуется большой опасностью воспламенения в присутствии метана в зоне резания, а также сравнительно низкой производительностью в связи с малым чистым временем резания и значительным износом резцов. Для повышения безопасности во время резки абразивных пород комбайны селективного действия оснащаются системой увлажнения, которая предупреждает искрообразование, связывает пыль и способствует охлаждению резцов. Согласно требованиям горного надзора Германии все системы увлажнения разделены на три группы. Они различаются по пороговой концентрации метана, при превышении которой необходимо прекращать процесс резания, и по необходимым параметрам системы проветривания. Комбайны для проходки селективного действия с увлажнением щелей резания, по сравнению с водным или комбинированным веерным увлажнением под давлением и без давления, могут резать породы с содержанием кварца или пирита более 30%, при содержании в трубопроводе пылеуловителя до 0,8% метана и надлежащем проветривании проходческого забоя.

В процессе проведения выработок на больших глубинах возрастает объем извлечения крепких и абразивных вмещающих пород. Значительное увеличение доли механизированной проходки пластовых выработок, с которой связано существенное улучшение условий труда, возможно только в случае сравнения технических решений по проблемам резания прочных кварцсодержащих пород. Опираясь на технические разработки и результаты предыдущих исследований в рамках одной из научно-исследовательских работ концерна «Рурколе АГ», проходческий комбайн WAV 300 фирмы «Вестфалия Бекорит» оснастили системой увлажнения высокого давления. Система была испытана на шахте «Хаус Аден» при проходке пластового штрека. Высоконапорную струю воды направляли на каждый резец. Во внедрении принимали участие Институт горнопроходческих и добычных работ Центра ДМТ и фирма «Вестфалия Бекорит». Для апробации увлажнения высоконапорными водяными струями требовалось встроить дополнительные компоненты в систему проходки и должным образом приспособить проходческий комбайн избирательного действия. Подача воды при проходке выработок производится от общей сети водоснабжения шахты «Хаус Аден». Воду под давлением 1,7–2,5 МПа фильтровали во избежание закупоривания трубопроводов. Далее воду подавали в высоконапорный насос, который расположен на консоли конвейера комбайна. Многоступенчатый фильтрующий прибор состоит из сдвоенных фильтров с обратным промыванием, рассчитанным на отделение частиц с размерами 200, 50 и 10 мкм. Высоконапорный насос с горизонтально расположенными поршнями рассчитан на давление 100 МПа. Он оснащен электродвигателем мощностью 134 кВт и обеспечивает подачу 71 л/мин. Насос и электродвигатель расположены в лотке из стального листа в задней левой части комбайна.

Вода от насоса поступает по двум трубопроводам высокого давления через стабилизатор давления к редуктору исполнительного органа. Редуктор имеет планетарное исполнение для возможности подачи воды от центра в обе половины исполнительного органа комбайна. В зоне неподвижных частей комбайна применены трубопроводы с расчетным рабочим давлением 210 МПа. Сечение между подвижными конструктивными элементами, например, между машинной рамой и стрелой, продольно перемещается, в точке поворота стрелы из горизонтального в вертикальное положение, где находятся шланги высокого давления с расчетным рабочим давлением 250 МПа. Все высоконапорные трубопроводы защищены от механических повреждений и имеют надлежащее покрытие. Водяные шланги высокого давления дополнительно помещены в высокопрочные защитные рукава. Для управления струями воды и их использованием на режущей коронке непосредственно за насосом установлен блок управления с ручным маховиком, позволяющий пропускать остаточный объем воды в обратный трубопровод проходческого комбайна. Обе половины поперечно-осевого исполнительного органа оснащены согласно указаниям института горнопроходческих и добычных работ Центра ДМТ 66 резцедержателями, которые рассчитаны на резку крепких пород. С середины режущей коронки вода под высоким давлением поступает из неподвижного водопровода через движущееся перфорированное кольцо, установленное в корпусе редуктора, к восьми вращающихся трубопроводам высокого давления. Для обслуживания и ремонта предусмотрены отверстия в держателях резцов. В рабочем режиме они закрыты стальными заглушками. Каждый из восьми трубопроводов рассчитан на поступление воды к резцам в пределах контура исполнительного органа. Трубопроводы высокого давления выводились из внутренней части коронки через консольную насадку с отверстиями. Сапфировые сопла с сечением 0,5 мм, установлены на болтах в конце трубы и оборудованы заглушками, едва выпирающими из конической части резцедержателей.

Из соображений безопасности и для уменьшения расхода воды, подаваемой в забой, необходимо ограничивать ее подачу в исполнительный орган в зоне углубления в массив пород. Проблема решена с помощью расположенных по центру исполнительного органа сегментних устройств управления, встроенных со стороны редуктора в восемь гидравлических трубопроводов. Во время роста давления в трубопроводе гидравлической системы прекращается поступление воды в соответствующий напорный трубопровод. При отсутствии давления в трубопроводе гидросистемы вода под высоким давлением может поступать в исполнительный орган. Для работы сегментного устройства на проходческом комбайне WAV 300 смонтировано гидроустройство, состоящее из гидронасоса с максимальным давлением 10 МПа, трубопроводов сегментного устройства управления и встроенных в трубопроводы гидросистем электромагнитных затворов с электронным управлением. С их помощью регулировалось поступление воды к режущей коронке, а также производилась подача давление в дополнительные трубопроводы. Для регулирования затворов использовалась программная система управления фирмы «Айгнер Механик», которая применялась для контроля и регистрации результатов работы. Центральный блок системы управления смонтирован впереди электродвигателя высоконапорного насоса. Путем измерения движения исполнительного органа, развитой мощности электродвигателя и давления в гидросистеме цилиндров подъема и поворота стрелы система «Нидюконфюл» определяла, какая половина исполнительного органа находится в работе и на сколько она заглублена в массив. Далее с помощью регулирования соответствующих электромагнитных затворов обеспечивалось поступление воды на увлажнени

Все составляющие системы увлажнения были смонтированы до начала работ на поверхности рабочей площадки фирмы «Вестфалия Бекорит», где был установлен проходческий комбайн селективного действия WAV 300. Внедрена проверка дееспособности системы и ее соответствие требованиям техники безопасности. Проверку выполнил союз рабочих технического надзора земли Северная Рейн-Вестфалия. В протоколе зафиксированы следующие показатели:

- размеры всех конструктивных составляющих системы увлажнения высоконапорными струями;

- рабочее давление в трубопроводах высокого давления (давление во время испытаний 150 МПа;

- оборудование трубопроводов, гидросистемы и параметры трубопроводов с надлежащей защитой, предотвращает повреждения;

- последовательность включения составляющих системы, действующих при поступлении электрических импульсов;

- работоспособность различных устройств безопасности, которые должны срабатывать при повреждениях.

На шахте «Хаус Аден» проведены сравнительные замеры пылеобразования во время резки с увлажнением высоконапорными струями и внешним увлажнением. Пылемер типа MPG фирмы «Вазау» установили возле машиниста (в сечении выработки). При использовании обеих систем увлажнения в одинаковых условиях были пройдены два отрезка выработки и выполнена погрузка горной массы. При увлажнении высоконапорными струями было установлено, что масса тонкодисперсной пыли осаждается на 50% меньше, при этом доля кварцевой составляющей больше на 70%, чем при внешнем увлажнении. Так что для увлажнения высоконапорными струями отличием является более благоприятная категория пылевой нагрузки. Однако необходимо отметить, что ограничения по осаждению пыли во время внешнего увлажнения вызвано конструктивными изменениями редуктора и исполнительного органа, необходимыми для встраивания системы увлажнения высоконапорными водными струями.

Благодаря более высокому связыванию и осаждению пыли система увлажнения высоконапорными струями позволила улучшить обзорность забоя для машиниста комбайна. Это обеспечило непрерывное наблюдение за работой исполнительного органа, что позволило удерживать заданный режим резания. Проблема обзорности возникла при включении системы увлажнения при погрузке горной массы, ибо при этом исполнительный орган временно не погружался в породу и во время рассредоточения воды в забойном пространстве, возникал водяной туман. Проблема была сведена к минимуму за счет включения при загрузке вместо высоконапорного внешнего увлажнения. Эжекторное увлажнение сравнивалось с предыдущим вариантом увлажнения на основе результатов пылеподавления на исполнительных органах шнековых комбайнов. В противоположность от традиционной системы увлажнения струями низкого давления, в наше время ведется разработка двух принципиально новых систем. Во-первых, это увлажнение сплошными струями высокого давления, направляемыми на лезвие каждого резца (давление воды до 20 МПа). Во-вторых, изготовленные конструкции так называемых пылеотсосов шнеков, а именно экстракционного фирмы «Крампе унд Ко Гмбх» и эжекторного фирмы «Крумманауер Гмбх унд Ко КГ». Эти шнеки оснащены каналами Вентури, в которых из форсунки рассредоточивается вода, при этом направление струи совпадает с центральной осью канала. Благодаря этому в середине канала образуется движение воздуха. Пыльный воздух всасывается в канал и интенсивно смешивается с водяным туманом, выходит из форсунки и ведет к увлажнению и осаждению частиц пыли.

Результаты проведенных исследований при сравнении двух видов систем увлажнения таковы. При одинаковых гидравлических параметрах обе системы увлажнения проявили себя равноценными с точки зрения пылеподавления. Независимо от системы увлажнения образования мелкодисперсной пыли значительно знижалось с увеличением давления воды до 4–7 МПа. Дальнейшее увеличение давления вело к дополнительному, хотя и менее эффективному уменьшению пылеобразования. Засорение форсунок при эжекторном увлажнении происходило не так стремительно, как при увлажнении щелей резания, так как при равных гидравлических параметрах для оснащения шнека требуется меньшее количество форсунок, а площадь сечения выходных отверстий была больше. В то же время необходимо учитывать опасность налипания отраженного материала в эжекторных каналах. Система увлажнения с помощью эжекторов с каналами Вентури в дальнейшем оказалась настолько эффективной, что ее использование было бы целесообразно ввести на подземных и поверхностных дробильно-сортировочных комплексах рудников и шахт.

Разработка эжекторных форсунок по вышеприведенной методике выполнена в концерне «Саарбергверке АГ». Перед испытаниями с ультразвуковым мерным устройством сравнивали измерения запыленности при работе различных систем с форсуночным увлажнением. При этом особенно эффективным оказалось эжекторное увлажнение, разработанное концерном «Саарбергверке АГ» совместно с фирмой «Крумменауер ГмбХ унд Ко КГ», которые успешно испытано на шнековых комбайнах и хорошо зарекомендовало себя стандартным вариантом с форсуночным увлажнением. При работе в стесненном пространстве его преимущества должны оказаться еще более убедительными. Принцип насадки Вентури, характерный для эжекторной техники, практически не позволяет, чтобы запыленный вентиляционный воздух поступал через вентиляционный канал дробилки и не соединялся с водяным туманом или не всасывался в эжекторы.

После более детального рассмотрения вариантов пылеподавления целесообразно отметить, что эжекторное увлажнение несколько дешевле высоконапорного за счет использования меньшего количества форсунок. В свою очередь, увлажнение щелей резания высоконапорных струй воды более эффективно в вымывании ядер уплотнения, образующихся непрерывно на лезвиях резцов. Использование такой техники открывает возможность более эффективного проведения добычи полезных ископаемых, является единственным возможным направлением на данном этапе развития добывающей промышленности Украины. Использование горной техники немецкого производства позволяет перейти на безремонтный режим работы подготовительных и очистных участков, увеличению их технологических параметров и обеспечение высокой техники безопасности проведения горных работ.

ГОРНОЕ  ОБОРУДОВАНИЕ  ВСЕГО  МИРА  В  ОДНОМ  СПРАВОЧНИКЕ

СКОЛЬКО  ЧЕЛОВЕКУ   НУЖНО  ЖЕЛЕЗА,  МАРГАНЦА,  МЕДИ?

КТО  ПРО  МИНЕРАЛЫ  ЗНАЕТ  ВСЕ?

:: Архив аналитик ::