способ разработки и подземного использования угля по системе долинского, рсд, способ разработки нарушенных пластов, подземный генератор электроэнергии (варианты), забойный скребковый конвейер, сварной рештак скребкового конвейера, спаренная цепь скребкового конвейера, способ управления комплексом для безлюдной выемки угля

Формула изобретения

1. Способ разработки и подземного использования угля, включающий очистную отбойку и навалку угля, крепление и управление кровлей и транспортировку угля вдоль забоя до штрека, отличающийся тем, что на штреке в передвижном генераторе уголь размалывают в пыль для интенсивного сжигания его с применением форсунок в топке водяного котла, где достигается высокая температура пара (порядка 1400°С), достаточная для разложения воды на кислород и водород, производят их разделение, после чего кислород подают обратно к форсункам, а водород выдают на-гора по шлангам и трубам, проложенным по штрекам и стволу шахты, за счет чего исключают транспортировку угля по шахте, стволу и на поверхности земли по железной дороге до удаленных потребителей угля.

2. Способ высокоэффективной разработки нарушенных угольных пластов короткими забоями, включающий отбойку и навалку угля на забойный конвейер, крепление кровли за комбайном, передвижку става конвейера и секций крепи в направлении подвигания очистного забоя, управление кровлей с обрушением и частичной закладкой, отличающийся тем, что выемку угля производят короткими криволинейными забоями длинными полосами по простиранию, прямым ходом без опережающей проходки штреков, с сохранением в выработанном пространстве и повторным использованием вентиляционного и конвейерного штреков, оборудованных монтажными робот-манипуляторами, с креплением за комбайном автоматически работающими козырьками крепи без разгрузки и передвижки секций в зоне выемки угля, а отбойку и транспортировку угля производят быстроходным однобарабанным комбайном и криволинейным конвейером-перегружателем, подающим уголь на штрековый конвейер или непосредственно на подземный расположенный на штреке генератор газа или генератор электроэнергии.

3. Подземный генератор электроэнергии, включающий топку для сжигания угля и преобразователь энергии тепла в электроэнергию, отличающийся тем, что он выполнен на колесном ходу и перемещается по рельсам, проложенным с одной стороны штрека заданного сечения, снабжен дробилкой с мельницей и топкой, с помощью которой сжигаются уголь и метан, получаемый после вентиляционной продувки воздуха через очистной забой, а образующиеся в результате горения шлак и зола выбрасываются в выработанное пространство с помощью монитора и струи воды, подаваемой с конвейерного штрека и питающей также котел, который выдает пар на парогазовую турбину, связанную с ротором электрогенератора.

4. Подземный генератор (вариант), отличающийся тем, что он выполнен в виде передвижной топки, перемещающейся по штреку за очистным забоем, и включает большое количество термоэлектрических элементов, соединенных между собой электрически параллельными и последовательными группами и термически контактирующих с одной стороны с горячими газами, а с другой стороны - с охлаждающей водой, которая подается по штреку для охлаждения внешнего контура генератора и питания водяного монитора, служащего для смыва шлака и золы в выработанное пространство.

5. Забойный скребковый конвейер, включающий сварные рештаки, соединенные между собой по переднему и заднему профилям, скребковую цепь, состоящую из отрезков цепи, съемные скребки и привода конвейера, отличающийся тем, что рештаки выполнены с шагом по переднему забойному профилю, большим, чем по заднему, образуя общую линию в плане, изогнутую в сторону забоя с постоянной кривизной.

6. Сварной рештак скребкового конвейера, включающий два 3-образных профиля и горизонтальные листы, отличающийся тем, что он снабжен двумя горизонтальными полками с вертикальными отверстиями с нужным шагом для крепления навесного оборудования с завальной стороны конвейера и одной горизонтальной полкой для обратного зацепа лыжи комбайна и опорного носка-лемеха с забойной стороны конвейера.

7. Спаренная цепь скребкового конвейера, изогнутого в горизонтальной плоскости со сближенными ветвями цепи, включающая забойную и завальную ветви, отличающаяся тем, что ветви имеют цепи разного шага, причем отношение шага цепи забойной ветви к шагу цепи завальной ветви равно отношению радиусов конвейера по оси забойной ветви к радиусу конвейера по оси завальной ветви цепи.

8. Способ управления комплексом для безлюдной выемки угля, включающий управление электродвигателями резания и подачи комбайна, управление гидродомкратом подъема и опускания отбойного барабана по гипсометрии пласта, управление гидродомкратами секций крепи для крепления кровли за работающим комбайном и для передвижки секций крепи и конвейера, отличающийся тем, что первые операции производят дистанционно по силовому кабелю с центрального пульта и центральной магнитной станции, расположенных на штреке, а управление гидродомкратом по гипсометрии пласта производят гидравлически по программе с помощью расположенного на комбайне следящего гидроблока, управляющий рычаг которого взаимодействует с копирной линейкой, закрепленной на ставе конвейера и настраиваемой периодически машинистом комплекса с прицепной тележки комбайна при контрольно-настроечном проезде с визуальным наблюдением выемки угля относительно границы уголь - порода, а управление креплением кровли за комбайном производят автоматически за счет выброса поворотных козырьков крепи при нажиме кулаком тележки на приводные рычаги линейных гидроблоков секций крепи, закрепленных на ставе конвейера, причем при контрольно-настроечном проезде возможны периодические остановки комбайна с пульта ручного управления комплексом, расположенного на прицепной тележке комбайна, которая связана управляющим электрическим кабелем с центральным электропультом комплекса, а гидравлическими рукавами - со следящим гидроблоком комбайна и снабжена воздушным шлангом для подачи чистого обеспыленного воздуха от вентилятора комбайна в зону тележки, при этом управление фронтальной передвижкой става и трех групп секций крепи производят дистанционно с центрального пульта управления по магистралям подачи става, магистралям выдвижки групп секций и магистрали распора стоек.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, преимущественно к очистной выемке пластовых угольных месторождений с применением очистных комбайнов, мехкрепей и скребковых конвейеров в составе механизированных комплексов.

Известны способы добычи и использования угля с применением очистных комплексов, включающих выемочные машины (В) в виде комбайна или струга, доставочные машины (Д) в виде скребковых и ленточных конвейеров и крепь (К) в виде гидравлических передвижных секций лавной крепи и крепей сопряжений со штреками, которые связаны между собой для совместной работы с помощью технологических, кинематических или конструктивных связей, (1), В.Н.Гетопанов и др. Горные и транспортные машины и комплексы. М.: Недра, 1991, стр.6, 7).

Недостатком этой технологии явилась низкая конкурентоспособность угля из-за больших издержек на транспортировку угля по штрекам шахты, по стволу, на поверхности по железной дороге до потребителей угля, расположенных часто в других регионах страны. Например, в первые пятилетки, в период индустриализации страны, был создан Урало-Кузнецкий комбинат УКК, рассчитанный на постоянные железнодорожные поставки угля из Кузбасса на уральские металлургические заводы.

Известны находящиеся в стадии изучения и разработки альтернативные способы добычи и использования полезных ископаемых. К ним относятся способы, основанные на использовании физических и химических свойств горных пород, например растворение, выщелачивание, перегонка и подземная газификация углей, (2), см. (1), стр.5). Особо перспективными являются способы подземной газификации угля. Актуальность этих способов особенно возрастает в условиях огромных запасов угля в Российской Федерации, которые оцениваются величиной более 1000 миллиардов тонн кондиционных запасов, годных к промышленному использованию, (3), М.В.Голицын и др. Все об угле. М.: Наука, 1989, стр.102-103).

Известны работы в области подземной газификации угля Д.И.Менделеева (1834-1907), автора всемирно известного Периодического закона химических элементов.

Преимуществом этих способов является то, что на поверхность земли доставляются по трубам газообразные продукты перегонки угля. При этом за счет исключения транспортировки угля по штрекам и по поверхности земли достигается уменьшение загрязнения среды и освобождение больших площадей пахотной земли, которые сейчас расходуются под строительство шахт, размещение железнодорожных путей, терриконников и породных отвалов.

Еще одним изобретением Д.И.Менделеева была разработка метода эффективного сжигания угля и любого твердого топлива путем предварительного размола его до пылевидного состояния, (4), Большая советская энциклопедия. М.: ОГИЗ, 1938, т.38, стр.783).

В советское время по программе подземной газификации угля, в Мосбассе и Кузбассе длительное время проводились промышленные испытания в специально созданном тресте Подземгаз.

Схема подземной газификации заключалась в том, что в зоне пластов с поверхности земли бурились спаренные скважины; с помощью электродуги проводилось поджигание пласта, одновременно подавался по одной скважине чистый воздух для горения угля, а по другой скважине выпускались газообразные продукты неполного сгорания угля.

Недостатком технологии подземной газификации угля при испытаниях в Мосбассе являлись определенные потери и неполное использование угля в пласте из-за большой обводненности пластов, затрудненность контроля за степенью осушения пласта, потери из-за частичного сгорания угля в самом процессе газификации и недостаточность контроля за ходом процесса газификации.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, обеспечение полного сгорания угля и прямого контроля за процессом осушения пласта и степени выемки пласта.

Указанная задача решается тем, что применен способ разработки и подземного использования угля, включающий очистную отбойку и навалку угля, крепление и управление кровлей и транспортировку угля вдоль забоя до штрека, отличающийся тем, что на штреке, в передвижном генераторе, уголь размалывается в пыль для интенсивного сжигания его с применением форсунок в топке водяного котла, где достигается высокая температура пара (порядка 1400 градусов С), достаточная для разложения воды на кислород и водород, производится их разделение, после чего кислород подается обратно к форсункам, а водород выдается на-гора по шлангам и трубам, проложенным по штрекам и стволу шахты, за счет чего исключается транспортировка угля по шахте, стволу и по поверхности земли по железной дороге до удаленных потребителей угля.

Известен способ высокоэффективной разработки пологих угольных пластов с применением самых передовых достижений технологии и комплексной механизации очистных работ. Так, например, в США, на шахте Маунтайниир в лаве длиной 330 м при длине столба 3280 м, комбайном мощностью 1040 кВт при напряжении в сети 2300 В, конвейером шириной 950 мм, мощностью 1600 кВт (3×535), достигнуты среднесуточная производительность лавы 21,7 тыс. т, при подвигании 27,2 м в сутки, годовая добыча с лавы - 7,48 млн. т, при времени отработки столба 121 суток, (5), Н.Л.Разумняк, Б.К.Мышляев. Основные направления развития технологии и средств комплексной механизации очистных работ для отработки пологих угольных пластов. Журнал “Горные машины”, январь, 2001, стр.39).

Неприменимость такой передовой техники в отечественных условиях связана со сложными горно-геологическими условиями и нарушенностью залегания пластов. Невозможность обеспечения высокопроизводительной работы очистных забоев в условиях устаревшего шахного фонда обусловлена низкой пропускной способностью подземного транспорта. Кроме того, недостаточное напряжение в сети является препятствием для использования электродвигателей большой мощности, а высокая стоимость электроэнергии и ее нехватка не позволяют рассчитывать на большие нагрузки на забой.

Разработанные в России крепи, комбайны и конвейеры четвертого поколения рассчитаны на условия применения в пластах без геологических нарушений, со спокойной гипсометрией, с нормальными условиями по мощности пласта, газообильности, водопритока, выбросоопасности пласта, в пластах с достаточно устойчивыми боковыми породами, без нарушений залегания пласта, с возможностью нарезать выемочные столбы большой длины, с шириной забоя до 300 м.

В технических условиях на применимость отечественных угледобывающих комплексов предусмотрено до 20 наименований подобных параметров. Практика показала, что отклонения от этих условий только по одному параметру снижают производительность комплексно-механизированного забоя (КМК) в 1,5-2 раза. Пласты, полностью удовлетворяющие техническим требованиям, составляют не более 5,5% от имеющихся в РФ. При нарезке шахтного поля на очистные столбы практически приходится кроить столбы с минимальными нарушениями на пути движения очистного забоя, и при этом все равно при работе по добыче имеют место сбросы, сужения и замещения угля породами, что существенно снижает скорость подвигания и производительность очистного забоя, (6), А.А.Орлов и др. Крепление и управление кровлей в комплексно-механизированных забоях. М.: Недра, 1993, стр.186).

В связи с этим в настоящее время в угледобывающей отрасли России проводится политика закрытия малых шахт с неблагоприятными горно-геологическими условиями и старых шахт с ограниченной пропускной способностью подземного транспорта.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков разработки комплексов и технологии их применения, а также обеспечение высокоэффективной выемки нарушенных пластов при системе отработки их длинными столбами по простиранию даже в условиях низкой пропускной способности подземного транспорта.

Указанная задача решается тем, что применен способ высокоэффективной разработки нарушенных угольных пластов короткими забоями, включающий отбойку и навалку угля на забойный конвейер, крепление кровли за комбайном, передвижку става конвейера и секций крепи в направлении подвигания очистного забоя, управление кровлей с обрушением и частичной закладкой, отличающийся тем, что выемку угля производят короткими криволинейными забоями длинными полосами, прямым ходом без опережающей проходки штреков, с сохранением в выработанном пространстве и повторным использованием вентиляционного и конвейерного штреков, оборудованных монтажными роботами-манипуляторами, с креплением за комбайном автоматически работающими козырьками крепи, без разгрузки и передвижки секций в зоне выемки угля, а отбойку и транспортировку угля производят быстроходным однобарабанным комбайном и криволинейным конвейером-перегружателем, подающим уголь на штрековый конвейер или непосредственно на подземный, расположенный на штреке, генератор газа или генератор электроэнергии.

Известны хорошо зарекомендовавшие себя в мировой практике весьма компактные паровые котлы паровозов, обеспечивающие преобразование энергии сжигания угля в энергию пара, (7), Энциклопедический справочник машиностроения, М.: Гос. издательство машиностроительной литературы, 1949, т.13, стр.278, фиг.56).

Применительно к существующим штрекам арочного профиля, сечением 10-12 кв.м, паровозные котлы имеют габариты того же порядка. Диаметр котла паровоза равен 1735 мм, высота вместе с топкой 2460 мм, (8), см. (7), стр.261, фиг.13). Большая длина такого котла (порядка 13 м, (9), см. (7), стр.405, фиг.15) по сравнению с длиной выемочного столба, измеряемого сотнями метров, не имеет существенного значения.

Паровая машина паровоза для привода электрогенератора слишком тихоходна. Но известны и широко применяются на электростанциях паровые турбины, имеющие большую скорость, порядка 3000 об/мин, и практически неограниченную мощность, порядка 100000 кВт. Паровые турбины при работе на электростанциях на свободной открытой поверхности земли вытеснили не только ранее применяемые паровые машины, но и двигатели внутреннего сгорания, вследствие чрезмерно больших размеров последних, (10), см. (7), стр.133).

Задачей изобретения является применение в шахтных условиях паровых турбин для преобразования энергии пара в электричество, что особенно важно для шахт, подпадающих под реструктуризацию.

Реструктуризация малых шахт подразумевает, в первую очередь, закрытие шахт с низкой пропускной способностью транспорта и ствола и шахт с нарушенными пластами угля, на которых нельзя применить современные высокопроизводительные комплексы.

Указанная задача решается тем, что предлагается подземный генератор электроэнергии, включающий топку для сжигания угля и преобразователь энергии тепла в электроэнергию, отличающийся тем, что он выполнен на колесном ходу и перемещается по рельсам, проложенным с одной стороны штрека заданного сечения, снабжен дробилкой с мельницей и топкой, с помощью которой сжигается уголь и метан, получаемый после вентиляционной продувки воздуха через очистной забой, а образующиеся в результате горения шлак и зола выбрасываются в выработанное пространство с помощью монитора и струи воды, подаваемой с конвейерного штрека и питающей также котел, который подает пар на парогазовую турбину, связанную с ротором электрогенератора.

Известны также термические источники электроэнергии, использующие тепловую энергию для получения электроэнергии без применения парового котла. Это так называемые термоэлектрические источники энергии, применяемые пока только в областях новых технологий и имеющие недостаточную удельную производительность при существенных габаритах (порядка 50 кВт на куб.м изделия).

В объеме паровоза, равном 2×3×20=120 куб.м, термоэлектрический преобразователь может дать в перспективе электрическую мощность порядка 6000 кВт.

При сжигании в топке с производительностью 1 т/мин угля с калорийностью 8000 ккал/кг и кпд, равном 0,2, получаем мощность порядка 1000/3600×8000×4,19×0,2=1860 кВт.

Таким образом, термоэлектрический преобразователь в габаритах паровоза может принять 6000/1860=3,2 т/мин угля, т.е. обычную для угледобывающего комбайна производительность.

Выход электроэнергии с такого забоя составит 6000 кВт. Собственные затраты на отбойку угля и его транспортировку вдоль лавы равны, примерно, 2 кВтч/т, т.е. 2×3,2×60=384 кВт или 6,4%.

Задачей изобретения является сохранение и реализация возможностей малых шахт с горно-геологическими нарушениями и недостаточной пропускной способностью транспорта и подъема, создание условий для рентабельной их работы.

Указанная задача решается тем, что предлагается подземный генератор (вариант), отличающийся тем, что он выполнен в виде передвижной топки, перемещающейся но штреку за очистным забоем, и включает большое количество термоэлектрических элементов, соединенных между собой электрически параллельными и последовательными группами и термически контактирующих, с одной стороны, с горячими газами, а с другой стороны - с охлаждающей водой, которая подается по штреку для охлаждения внешнего контура генератора и питания монитора, служащего для выброса шлака и золы в выработанное пространство.

Известны конструкции забойных скребковых конвейеров, включающих рештаки, соединенные между собой по переднему и по заднему поясу, с возможностью ограниченного изгибания в плане на угол до 2-3 градусов для возможности волнового изгиба и передвижки конвейера вслед за комбайном с сохранением общей прямолинейной формы забоя, (11), В.Н.Хорин. Развитие техники для подземной добычи угля, калийных и марганцевых руд. М.: Недра, 1985, стр.92-115). У всех передвижных конвейеров (стр.98) применяются рештаки, состоящие из двух спецпрофилей (стр.100 и 111) и горизонтальных листов между ними в виде средней связи и днища, а цепи состоят из отрезков длиной до 25 м (стр.112) с центрально расположенными ветвями цепи на конвейере СПЦ 271, (стр.112). На всех рештаках применяются вертикальные платики внутри спецпрофиля для горизонтальных болтов крепления навесного оборудования в виде желоба кабелеукладчика и направляющей комбайна - с завальной стороны конвейера и погрузочного лемеха - с забойной стороны (стр.105).

Недостатком прототипов является невозможность работы конвейера с постоянным изгибом, а также трудоемкость и недостаточная прочность болтового присоединения навесного оборудования.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков.

Указанная задача решается тем, что предлагается забойный скребковый конвейер, включающий рештаки, соединенные между собой по переднему и по заднему профилю, скребковую цепь, состоящую из отрезков цепи, съемные скребки и привода конвейера, отличающийся тем, что рештаки выполнены с шагом по переднему забойному профилю большим, чем по заднему, образуя общую линию, в плане изогнутую в сторону забоя с постоянной кривизной.

Недостатком сварного рештака скребкового конвейера, состоящего из двух спецпрофилей З-образного сечения, является недостаточная прочность и трудоемкость присоединения навесного оборудования с использованием вертикальных платиков сбоку профиля, с отверстиями для горизонтальных болтов.

Задачей изобретения является устранение этих недостатков.

Указанная задача решается тем, что рештак снабжен двумя горизонтальными полками с вертикальными отверстиями с любым шагом для крепления навесного оборудования с завальной стороны и одной горизонтальной полкой для обратного зацепа передней лыжи комбайна и опорного носка - с забойной стороны конвейера.

Третьим недостатком имеющихся скребковых конвейеров является то обстоятельство, что наличие двух ветвей цепи в случае изгиба конвейера в горизонтальной проекции приведет к перегрузке одной ветви цепи и недогрузке второй ветви цепи.

Задачей изобретения является устранение этого недостатка.

Указанная задача решается тем, что предлагается спаренная цепь, включающая забойную и завальную ветви цепи, со сближенными ветвями цепи конвейера, изогнутого в горизонтальной плоскости, отличающаяся тем, что ветви имеют цепи разного шага, причем отношение шага цепи забойной ветви к шагу цепи завальной ветви равно отношению радиусов конвейера по оси забойной ветви к радиусу конвейера по оси завальной ветви цепи.

Известен способ управления автоматизированным комплексом КМ138А, в состав которого входят автоматизированный комбайн РКУ13А, забойный скребковый конвейер СПЦ271, реечный став РКД, крепи сопряжения КСШ5А, энергопоезд и система автоматизированного управления комплексом. Комплекс работал на пласте мощностью 1,9 м, с углом падения 8-14 градусов в лаве длиной 190 м, с длиной столба 1350 м. Трудоемкость монтажа комплекса составила 872 чел-смен., в течение 67 суток, с применением средств механизации монтажных работ. В каждую добычную смену задалживалось 9-10 чел., в т.ч. машинист комбайна и его помощник, три ГРОЗ по управлению крепью и конвейером (по паевой схеме: 41 секция крепи на одного рабочего), один ГРОЗ по управлению крепью сопряжения и для наблюдения за пересыпом угля с забойного конвейера на штрековый, два-три ГРОЗ на возведение в нижней части лавы охранной полосы ходка, один электрослесарь, (12), А.А.Орлов и др. Крепление и управление кровлей в комплексно-механизированных очистных забоях. М., 1993, стр.236-239).

Масса комплекса составляет 1550 т, установленная мощность 750 кВт, напряжение в электросети 1140 В, время передвижки одной секции в автоматическом режиме составляло 18 сек, при средней производительности комплекса, работающего в 3 смены по добыче, 2345 т/сут. и среднем подвигании очистного забоя 117 м/мес.

Недостатком данного комплекса и системы управления им является постоянное присутствие людей в очистном забое, в запыленной атмосфере при выемке угля, разгрузка секций крепи в зоне работы комбайна, ограниченность скорости движения комбайна недостаточной скоростью крепления, неудовлетворительная работа системы автоматизированного управления комбайном, в том числе по гипсометрии пласта. Комплекс работает в системе с длинными лавами обратным ходом с предварительным проведением выемочных штреков, требует благоприятных условий без горно-геологических нарушений пласта и имеет большую массу крепи, конвейера и комбайна.

По результатам промышленных испытаний было принято решение о производстве комбайна и крепи только в обычном неавтоматизированном исполнении (стр.239).

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа, обеспечение эффективной выемки нарушенных пластов, без постоянного присутствия людей в очистном забое, возможность отработки пластов без предварительного проведения подготовительных выработок, резкое, в несколько раз, облегчение крепи, конвейера, комбайна и полная механизация и роботизация работ на сопряжении лавы со штреками и при перемонтаже комплекса из одной лавы в другую.

Указанная задача решается тем, что предлагается способ управления комплексом для безлюдной выемки угля, включающий управление электродвигателями резания и подачи комбайна, гидродомкратом подъема и опускания отбойного барабана по гипсометрии пласта, гидродомкратами секций крепи для крепления кровли за работающим комбайном и передвижки секций крепи и конвейера, отличающийся тем, что первые операции производятся дистанционно по силовому кабелю с центрального пульта и центральной магнитной станции, расположенных на штреке, а управление гидродомкратом по гипсометрии пласта производится гидравлически по программе с помощью расположенного на комбайне следящего гидроблока, управляющий рычаг которого взаимодействует с копирной линейкой, закрепленной на ставе конвейера и настраиваемой периодически машинистом комплекса с прицепной тележки комбайна при контрольном настроечном проезде с визуальным наблюдением выемки угля относительно границы уголь-порода, а управление креплением кровли за комбайном производится автоматически за счет выброса поворотных козырьков крепи при нажиме кулаком тележки на приводные рычаги (плунжеры) линейных гидроблоков секций крепи, закрепленных на ставе конвейера, причем при контрольном настроечном проезде возможны периодические остановки комбайна с пульта ручного управления комплексом, расположенного на прицепной тележке комбайна, которая связана управляющим электрическим кабелем с центральным электропультом комплекса и гидравлическими рукавами со следящим гидроблоком комбайна и снабжена воздушным шлангом для подачи обеспыленного воздуха с комбайна в зону тележки, а управление фронтальной передвижкой става и трех групп секций крепи производится дистанционно с центрального пульта управления по магистралям подачи става П, магистралям выдвижки групп секций B1, B2, В3 и магистралей распора стоек Р.

На фиг.1 представлен общий вид комплекса РСД, при выемке первой полосы, вид в плане, на фиг.2 представлена схема отработки выемочной панели по простиранию при отработке третьей полосы, на фиг.3 - сечение Б-Б по конвейерному штреку, на фиг.4 - сечение А-А по забою, на фиг.5 - вид в плане по стрелке В.

Комплекс РСД состоит из комбайна 1, конвейера 2, секций крепи 3, вандрутной крепи сопряжения 4 со стойками 5 и передвижным роботом-манипулятором 6, штрекового оборудования, включающего пульт управления с магнитной станцией 7 и генератор электроэнергии или газа 8.

Комбайн 1 состоит из вращающегося отбойного барабана 10 с неподвижным редуктором 11, расположенным внутри барабана, опирающегося на трубчатую рукоять 12, связанную с корпусом 13 комбайна горизонтальной осью 14, параллельной оси вращающегося барабана 10, расположенной в плане на 15 градусов от обычного положения для разворота линии выброса угля в сторону конвейера и обеспечения таким образом самопогрузки отбитого угля. На корпусе комбайна закреплен червячный редуктор подачи 16, выходная звездочка 17 которого взаимодействует с горизонтальными пальцами рейки 18 конвейера. Корпус 13 комбайна имеет три опоры с обратными захватами. Передняя опора 19 с двумя роликами 20 и обратным зацепом 21 взаимодействует с забойным профилем конвейера, имеющим горизонтальную полку 22, выступающую в сторону забоя, а две завальные опоры 23 комбайна взаимодействуют с забойной, верхней, завальной и нижней поверхностями рейки 18, которая связана с конвейером с помощью кронштейна 24 и вертикальных пальцев 25, пропущенных через две горизонтальные полки 26 и 27 завального профиля конвейера. На кронштейне 24 крепится также желоб 28 кабелеукладчика и поворотные опоры 29 копирной линейки 30, задающей профиль гипсометрии пласта для следящей гидросистемы, управляющей домкратом 31 комбайна, обеспечивающим подъем и опускание отбойного барабана 10 по мере движения комбайна по длине лавы.

Комбайн 1 работает следующим образом. При вращении барабана резцы 32 снимают стружку угля, который движется вначале вдоль цилиндрической поверхности свежеобработанного забоя, а затем, в конце этой поверхности, уголь по инерции выбрасывается по касательной в сторону конвейера - поскольку горизонтальная ось вращения барабана выполнена под углом 15 градусов к направлению подвигания.

Вначале комбайн движется из конвейерного штрека, вынимая верхнюю пачку пласта, примыкающую к кровле, и поток угля движется к конвейеру по уступу 33 забоя, а затем барабан опускается вниз, и комбайн движется в обратном направлении от вентиляционного штрека к конвейерному, обрабатывает уступ 33 и почву - в этом случае поток угля из-под барабана также выбрасывается в сторону конвейера, и, подчищая почву пласта, комбайн движется строго по границе уголь-порода, которая копируется по программе, заложенной в конфигурации копирной линейки 30.

Конвейер 2 состоит из рештаков, сваренных из двух профилей З-образного сечения 34, соединенных средним листом и днищем, причем на заднем профиле имеется две горизонтальные полки 26 и 27 с вертикальными отверстиями с нужным шагом, позволяющим размещать между ними обоймы 35 для шарнирной в плане привязки секционных балок 37, обеспечивающим постоянный шаг секций крепи при криволинейной конфигурации конвейера в плоскости пласта. На переднем забойном профиле имеется одна горизонтальная полка 22 для движения обратного зацепа 21 комбайна 1 и жесткий опорный носок-лемех 39. Соединение рештаков производится продольными пальцами, поставленными в отверстия 40 между двумя полками завального профиля и в габаритах носка-лемеха - с забойной стороны. При этом шаг по переднему профилю выполняется большим, чем шаг по заднему завальному профилю, в результате чего достигается криволинейная конфигурация конвейера в плоскости пласта. Цепь конвейера принимается серийной в виде спаренной цепи со сближенными ветвями 36, состоящими из отрезков по 25 м. Однако при этом производится селективная отборка отрезков по длине таким образом, чтобы наружная ветвь была длиннее внутренней (примерно на 0,5%), что означает, что отношение шага цепи равно отношению соответствующих радиусов при сборке всего конвейера.

Секция крепи 3 состоит из двух оснований 41 с кронштейнами 42, перекрытия 43, состоящего из двух перекрытий с поворотными козырьками 44, из двух пар балансиров 45, двух стоек 46, двух домкратов 47 (не показаны) козырьков, одного двигательного домкрата 48 и одного углового домкрата 49. Всего секция имеет 6 гидроцилиндров или по 3 цилиндра на 1 пог.м лавы. Двигательный домкрат с забойной стороны соединен своим штоком с передней серьгой 50, соединяющей носовые части оснований, а своими цапфами 51 на цилиндре соединен с задней лыжей 52, закрепленной на завальных концах двух конвейерных балок 37. Угловой домкрат 49 своим штоком соединен с двумя кронштейнами 42 оснований, а цилиндром соединен с горизонтальным пальцем, объединяющим оба спаренных балансира 45.

Секция крепи работает следующим образом. При проходе комбайна с выемкой угля прицепленная за комбайном тележка 54 с заданным постоянным расстоянием от комбайна нажимает рычаг гидроблока 55 секции крепи и включает на выдвижку домкрат поворотного козырька 44. После выемки верхней пачки пласта комбайн ускоренно выполняет обратный ход с выемкой уступа 33 пласта и с зачисткой почвы с выходом комбайна в конвейерный штрек в положение 32. Таким образом, выемка производится без присутствия в лаве машинистов крепи и комбайна. Затем производится подача давления в специальную магистраль подачи става П, соединенную со штоковыми полостями всех домкратов 48, и став фронтально перемещается к забою, отталкиваясь от всех серег 50 распертых секций крепи. Затем с центрального пульта управления 7 подается давление в отдельную магистраль В1 фронтальной выдвижки секций крепи первой группы движения. Эта магистраль соединена с поршневыми полостями домкратов 48 секций №1, 4, 7, 10, 13 и т.д. и в штоковые полости домкратов козырьков 44 этих же секций. Одновременно с этим в линии распора стоек Р подается пониженное давление подпора кровли при выдвижке, примерно, 2-3 МПа. В результате этого в секциях первой группы сначала уберутся до отказа все поворотные козырьки 44, после чего давление в магистрали В1 поднимется до полного давления насосной станции, и секции выдвинутся вперед с подпором кровли. После полной выдвижки секций производится переключение давления в линии Р, и производится полный распор всех секций крепи.

Эта же операция затем производится для второй группы движения, а затем для третьей. Цикл работ на этом закончен, и все работы начинаются во втором цикле и т.д. Таким образом, при выемке угля и при передвижке крепи и става конвейера все операции происходят без присутствия людей в очистном забое.

Присутствие машиниста комплекса в лаве предусматривается только эпизодически в виде контрольно-настроечного однократного проезда на прицепной тележке комбайна со скоростью порядка 30 м/мин с остановками для подстройки высоты копирной линейки 30 системы программного управления комбайна по гипсометрии пласта. При этих проездах человек визуально отмечает отклонения движения барабана 10 комбайна от фактической границы уголь-порода, и только в этих случаях на данном участке лавы, поворачивая рукоятки опор 29 с фиксатором с одного отверстия на другое, оператор подстраивает копирную линейку 30 на заданную высоту от фактической границы уголь-порода в почве пласта.

Вандрутная крепь сопряжения 4 с роботом-манипулятором 6 выполнены по патенту РФ №2130554 от 20.05.1999 (автор Долинский А.М.) и предназначены для ускорения и облегчения работ по возведению и креплению штреков в выработанном пространстве с учетом больших скоростей подвигания коротколавного очистного забоя.

Вандрутная крепь состоит из балок 58 двутаврового сечения, соединенных между собой продольными пальцами и опирающихся на стойки 5. На боковых поверхностях балок приварены трубчатые направляющие 59, по которым перемещается самоходный робот-манипулятор 6, который имеет механическую руку с захватом, обеспечивающим перемонтаж и транспортирование элементов штрековой крепи, а также вандрутных балок для ускорения и облегчения работ по самомонтажу вандрутной линии, по монтажу и демонтажу элементов штрековой крепи, и может также применяться для транспортировки и перемонтажа полусекций крепи (весом всего по 3,5 т при ширине 1000 мм) для ускорения перемонтажа всего комплекса из одного очистного забоя в другой, при перемонтаже комплекса из одного забоя в другой. Для возможности выполнения этих работ все указанные элементы (балки вандрутной крепи и полусекции крепи) снабжаются цилиндрическими хвостовиками по размеру захвата механической руки робота-манипулятора.

Крепь сопряжения работает следующим образом. По мере подвигания очистного забоя в выработанном пространстве возводится вентиляционный и конвейерный штрек при отработке первой выемочной полосы по фиг.1. При этом робот-манипулятор производит монтаж верхних и боковых ножек штрековой металлокрепи, а также самомонтаж балок вандрутной крепи. При отработке второй, третьей и следующих выемочных полос по фиг.2 в выработанном пространстве возводится только конвейерный штрек, а в качестве вентиляционного штрека используется, повторно, конвейерный штрек предыдущей полосы. Этот штрек при подвигании забоя гасится с некоторым отставанием для размещения там пульта управления и магнитной станции 7, после чего робот-манипулятор демонтирует сначала призабойные ножки арочной штрековой крепи, а затем очередные балки вандрутной крепи и извлекает из завала остальную металлокрепь. На вентиляционном штреке второй робот-манипулятор производит описанное выше возведение штрековых арок и самомонтаж балок вандрутной крепи. При этом длина вандрутной линии, которая необходима для усиления штрековой крепи, должна определяться величиной горного давления и может быть порядка 50-100 м. При этом линия вандрутов, как гусеница, перемещается без разгрузки кровли непрерывно в направлении подвигания очистного забоя за счет монтажа новых балок с одной стороны и демонтажа и транспортировки балок с другой стороны вандрутной цепочки.

Генератор электроэнергии или газа 8 служит для использования угля по назначению путем сжигания его под землей вместо того чтобы транспортировать его по конвейерным и откаточным штрекам, по стволу и по наземным железным дорогам до потребителей, расположенных иногда в отдаленных регионах страны.

Предусматриваются разные варианты сжигания или использования угля, как хорошо проверенные на практике, так и новейшие, используемые в космосе или в оборонке, но неизбежно внедряемые в дальнейшем во все области промышленности и народного хозяйства.

Вариант получения электроэнергии с использованием электрогенератора, вращаемого паровой турбиной, является наиболее проверенным и продвинутым технически. Он состоит из передвигаемого на колесных тележках 60 энергопоезда, включающего питатель, дробилку для угля, мельницу для превращения угля в порошок, шнековый питатель пылевидного топлива для форсунок топки, водотрубный котел 61 для производства перегретого пара в трубах 62, дымогарные трубы, труба для выпуска газов 63 и труба 64 для выпуска отработанного пара после паровой турбины, охлаждающая кольцевая полость 65 с охлаждающей водой, подаваемой с конвейерного штрека и используемой для питания котла и для питания водяного монитора 66, выполняющего работу выброса шлака и золы в качестве частичной закладки 67 выработанного пространства.

Второй вариант генератора состоит из термоэлектрических элементов, используемых в настоящее время в космических аппаратах, где источником тепла являются ядерные нагреватели, а электроэнергию производят термоэлектрические элементы, состоящие либо из пары нагреваемых разнородных металлов, либо из полупроводниковых переходов с соответствующими характеристиками. Однако для земных условий вес и габариты не столь важны, поэтому реализация этого устройства существенно упрощается.

Третий, наиболее перспективный вариант генератора состоит в замене идеи подземной газификации угля путем разложения в высокотемпературном паровом котле воды на кислород и водород с использованием кислорода для интенсификации сгорания пылевидного угля и выдачи на-гора водорода – особо ценного газообразного экологического топлива для автомобилей.

Преимуществом подземного сжигания угля является снятие проблемы транспорта угля в части железнодорожных перевозок на большие расстояния, которые превращают угольную промышленность в нерентабельную отрасль по сравнению с нефтяной и газовой отраслью. При этом необходимо учесть большие территории страны, которая, кроме того, имеет громадные, более 1000 млрд тонн, запасы угля, достаточные не на 50-60 лет, как для нефти и газа, а на 500-600 лет.

Вторым преимуществом является снятие проблемы недостаточной производительности подземного транспорта на старых шахтах, не рассчитанных на большую производительность очистного оборудования. Эта проблема, к сожалению, сейчас решается путем закрытия (реструктуризации) старых шахт и шахт с геологическими нарушениями, хотя там еще не вынуты все имеющиеся и подготовленные к добыче запасы угля из нижних горизонтов.

При закрытии этих шахт увольняется большое число потомственных горняков в городках и поселках, где нет других предприятий для использования труда безработных шахтеров.