ОрденаТрудэвого Красного Знамени

ИНСТИТУТ

ГОРНОГО

ЛЕДА

имени

АЛСкочинского

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАЗРУШАЕМОСТИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ОСНОВНЫХ БАССЕЙНОВ СССР

Часть I. Методика определения показателей разрушаемости углей и угольных пластов

МОСКВА

1978

Министерство угольной промышленности СССР Академия наук СССР Ордена Трудового Красного Знамени Институт горного дела им. А. А. Скочинского

Лаборатория резания угля    Утверждено

зам. начальника Технического управления Минуглепрома СССР Н. А. Шальновым 27 января 1978 г.

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАЗРУШАЕМОСТИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ОСНОВНЫХ БАССЕЙНОВ СССР

Часть I. Методика определения показателей разрушаемости углей и угольных пластов

Москва

1978

Приборы для определения сопротивляемости резанию* Определение показателей сопротивляемости резанию производится при помо-. щи аппаратуры, разработанной ЙГД им. А, А. Скочинского: приборов типа ДКС [I] и динамометрического сверла СДМ-1 [2]. Как показала многолетняя практика исследований,при помощи установки ДКС могут быть получены все характеристики, необходимые для расчета исполнительных органов угледобывающих машин. Однако из-за громоздкости, сложности проведения испытаний и трудности определения показателей сопротивляемости резанию на различных глубинах в пределах захвата исполнительного органа машины установки ДКС исполь-зуются в основном для исследовательских целей. Для практических целей широкое применение нашли динамометрические сверла СДМ-1, посредством которых выполнены все измерения, приведенные в настоящей работе. Принцип действия прибора СДМ заключается в разбуривании предварительно пробуренного шпура специальной коронкой диаметром 62 мм с постоянной подачей и с записью момента сопротивления резанию. В настоящее время ИГД им. А.А. Скочинского и ДонУГй разработана усовершенствованная аппаратура АСР.

Классификация углей по сопротивляемости резанию. Изложенный метод оценки сопротивляемости уже более IS лет является основным и применяется всеми институтами отрасли. Систематизация и обобщение экспериментальных данных показали, что средние значения сопротивляемости резанию Й находятся в границах от 10-15 до 480-500 кгс/см. Специальным анализом с привлечением методов математической статистики была обоснована возможность применения классификационной шкалы, приведенной в табл. 2, в соответствии с которой все угли по сопротивляемости резанию разделены на 8 клее** сов. В соответствии с этой шкалой произведено разделение шахтой пластов на классы (см. П часть работы).

Таблица 2

Классы I I I Ж 1У У У1 УН ш Сопротивляемость угля КГС^С?0* 0 - - во 61- -120 121* -180 181-240 241-300 301-360 361-420 421 s болев Подклассы а б а б а б - - - - - Сопротивляемость угля птенец** 0-30 31-60 61-90 9I-I2Q I2KI50 151-180

10

Определение сопротивляемости резанию пластов, содещащих прослойки. Средняя сопротивляемость резанию пластов, содержащих прослойки, в общем случае может быть определена по формуле

/У ₌ А „г + Z /?_п^> /г хго/оы,

/7 V- /? ^

г?р

тде/7^    сопротивляемость резанию угольных пачек и породных

*    * прослойков, кгс/см;

h ₃₉ h - соответственно мощность пачек угля и прослойков, м.

о    '

В случаях, когда сопротивляемость резанию прослойков соизмерима с сопротивляемостью резанию углей (Я ^ 500 кгс/см), значения/^, могут быть определены экспериментально при помощи приборов СДМ, а величины^ достаточно точно рассчитываются по формуле (4-).

Для более редких пород, а также при отсутствии экспериментальных значении можно приближенно определить величины Д_/7/> . В табл.З для типичных пород, слагающих прослойки и твердые включения, приведены осредненные данные по сопротивляемости резанию, полученные ИГД ям.А.А.Скочинского и бассейновыми институтами. Минимальные значения относятся к слабым, максимальные - к крепким разновидностям пород и твердых включений.

Таблица 3

Бассейны Пределы изменения сопротивляемости резанию углей, включений (А, кгс/см) прослойков и твердых уголь (сланец) углистый аргиллит аргиллит алевролит песчаник известняк твердые включения Донецкий ГУССР) 20-400 70-250 120-350 200-500 380-1000 300-600 500-2000 Донецкий (РСФСР) 80-340 70-250 150-400 250-550 400-1100 - Кузнецкий 50-300 150-200 170-250 300-600 800-950 - 600-900 Караганда нс кий 70-200 150-200 250-400 400-700 600-1000 - - КнэеловскнЙ 140-540 150-300 200-400 350-600 - - - Челябинский 50-150 150-200 100-250 100-350 - - 500-1000 Прибалтийский сланцевый 200-300 - - - - 400-700 400-700

Для ускорения и упрощения расчетов сопротивляемости резанию угольного пласта разработана номограмма (рис. I), имеющая две серии шкал - сопротивляемости резанию (горизонтальные) и объемного содержания прослойков (наклонные). Расчет сопротивляемости угольного пласта резанию при известных значениях Д^_г , и процентного содержания прослойков в пласте производится следующим

II

образом. На горизонтальной шкале, соответствующей сопротивляемости резанию прослойка, отмечают точку, соответствующую средней сопротивляемости резанию угля данного пласта    точка    М ), из

которой восстанавливают перпендикуляр до пересечения с наклонной прямой нулевого содержания (точка Б ). Из точки & проводят горизонтальную прямую до пересечения с прямой объемного содержания прослойков (точка С ) и опускают перпендикуляр на исходную шкалу. Значение сопротивляемости резанию в точке пересечения^ является искомой величиной

Приведенная методика использована во втором разделе работы для определения значений /7„/г в случаях, когда экспериментальные значения #пр отсутствовали. Анализ показал, что наибольшее влияние прослойки на изменение сопротивляемости резанию оказывают на__пластах с углями малой (I-Ш класса) сопротивляемости резанию .

Определение сопротивляемости резанию пластов, содержащих твердые включения. Поскольку в угольных пластах встречаются твердые включения различных генетических типов, размеров и формы в расчете сопротивляемости пласта резанию используются значения сопротивляемости резанию включений, их размеры и содержание в пласте. При этом выделено три характерных случая.

I* Мелкие включения (0,5-3,0 см) относительно равномерно распределены по всему пласту. Резание таких включений резцами, как правило,не вызывает значительных мгновенных нагрузок в трансмиссиях выемочных машин. Определение сопротивляемости резанию пласта, состоящего из угля и большого количества вкрапленных в него включений такой крупности, возможно существующими приборами (например СДМ) с достаточной точностью. Значения определяется как среднее из определений по пласту.

2. Значительная часть пластов содержит включения, сопротивляемость резанию которых превышает 500 кгс/см, а размеры превышают размеры шпура, буримого прибором СДМ. В этом случае экспериментальное определение значений затруднено и величины /7_ЛЛ рассчитываются с использованием данных, полученных с помощью-установок ДКС.

Накопленные в настоящее время экспериментальные данные позволили сделать обобщения (табл. 4), характеризующие влияние твердых включений средних размеров на сопротивляемость пластов резанию. Используя эти данные, сопротивляемость резанию пластов,

13

содержащих включения средних размеров, приближенно можно определять по выражению

где Л' - стандартное отклонение.

Г7

Значение М и знак в скобках должны приниматься в зависимости от удельного содержания включений в сечении пласта и необходимой точности решений. Для целей горной технологии достаточно принимать    2-2,5,    а    значения с/ и ^ для разных /? могут

быть взяты из табл. 4.

Таблица 4

Показатели Классы угля по сопротивляемости резанию I П Ш 1У У л УП Средняя сопротивляемость резанию Л , кгс/см У** 30 90 150 2X0 270 330 390 Пределы изменения сопротивляемости резанию пластов о включениями /? , кгс/см ^ 40-120 100-170 I50-210 210-260 270-320 330-370 390-430 Средние значения 55 135 180 235 295 350 410 . Л? Отношение а - — 1,90 1,50 1,20 1,12 1,09 1,06 1,03 Коэффициент ваша-ции значений а. 0,130 0,090 0,060 0,035 0,028 0,019 0,0X5

Наличие рассматриваемых включений наиболее существенно увеличивает среднюю сопротивляемость резанию пластов со слабыми углями.

3. Часть пластов содержит консолидированные крупные твердые включения в форме линз, окатышей и реже валунов. Такие условия являются наиболее трудными для применения выемочных машин. Трудность разрушения пласта связана не столько с общим ростом сопротивляемости его резанию, сколько с резким увеличением общего расхода горнорежущего инструмента в связи с возникновением кратковременных максимальных нагрузок высокого уровня. Если известны сопротивляемость резанию твердых включений и их объемное содержание в пласте, то с некоторыми допущениями среднюю сопротивляемость резанию пласта, можно рассчитать по формуле (6)

^ =    кгс/см.

где    “    объем крупных твердых включений в пласте, м³;

(&h„_al)- объем вынимаемой полосы угля, м³;

и' _    .    коэффициент, учитывающий увеличение сопротивляемости

/7 резанию твердого включения по сравнению с углем [6].

В первом приближении в качестве меры, характеризующей относительное содержание в пласте крупных твердых включений, может быть принята величина

где 21 S - суммарная площадь включений в плоскости лавы, м^;

- продольное сечение вынимаемой полосы угля, м .

С учетом изложенного расчетное выражение (6) может быть представлено в виде _    .    -

= /?#е (*+ 8 # ) кгс/см.    (7)

Определение значений ^'производится путем натурных измерений по специальной методике [8]* Удельное содержание включений В находится в пределах 0,002-0,030, а сопротивляемость резанию твердых включений достигает 1600-2000 кгс/см. Исходя из этих данных определены значения отношений    ,    используя    кото

рые возможно установить среднюю сопротивляемость резанию пластов, имеющих крупные твердые включения различного содержания 8* (рис. 2).

Рис. 2. Отношение сопротивляемости резанию пласта д_пл и угля /?уг при различных содержаниях S крупных твердых включений:

I - S*= 0,002; 2 -    0,008*;

3 -    0 0I4j 4 -    = 0,022;

5 - S'= 0,028

4. Среднюю сопротивляемость резанию пластов сложного строения, содержащих как прослойки, так и включения, возможно определять, используя выражения (4), (5) и (7). Для большинства обследованных пластов во П части работы приведены значения сопротивляемости резанию с учетом наличия прослойков и включений.

15

При классификации угольных пластов по сопротивляемости тза-Жю целесообразно использовать те же количественные и качественные критерии, которые принимались для углей* Наличие прослойков и включений приведет лишь к изменению численных значений классов сопротивляемости резанию, принцип же оценки по существу не изменится. Следуя этому принципу, при классификации пластов по сопротивляемости резанию (см* П часть работы) использована шкала, приведенная в табл. 2.

Изменчивость сопротивляемости угля резанию* В пределах выемочной полосы, снимаемой угледобывающей машиной, изменчивость показателей сопротивляемости резанию, приведенная к исполнительному органу, с точностью, достаточной для инженерных расчетов, может быть описана нормальными статистическими распределениями, с плотностью вероятности [3]

~#в)

/7и.О = ^    ^    ^d**uo    ⁼ ** (^/±Z ^.о ) >

относительного коэффициента изменчивости

LJ    —    •+    2    *£#8^    0    _    /    + Z ^/У. о '

'V'W~    /--г ^ _Л

е>    /?& и, о    /? и. о

Анализ экспериментальных данных показал [3], что в зависимости от сопротивляемости резанию и степени хрупкости угля значения находятся в пределах 0,47-0,25, а - 0,25-0,12 (как правило^большие значения соответствуют хрупким углям малой сопротивляемости резанию), а с увеличением значений средней сопротивляемости резанию степень их изменчивости снижается, В табл, 5 приведены осредненные данные значений коэффициентов вариации сопротивляемости резанию углей различных типов.

Таблица 5

Категория угля Коэффициенты вариации ^ jipz сопротивляемости угля резанию я кгс/см 60 120 180 240 300 Вязкий 0,26 0,20 0,18 0,15 0,13 Хрупкий 0,44 0,38 0,35 0,29 0,23

Используя приведенные данные, можно прогнозировать не только средние значения показателей сопротивляемости резанию, но и закономерности их изменчивости в пределах выемочной полосы. Установлено, что наибольшую изменчивость показателей сопротивляемости угля резанию имеют слабые угли коксовых марок и антрациты. У вязких углей марок Г, Д в Донецком, Карагандинском и Кузнецком бассейнах она несколько ниже и, как показывают расчеты, значения о ^{не ВЫХ}°Д^{ИТ за} пределы 2,5-3„0. Значения    равные    3,0-

3,5, могут использоваться в качестве исходных при расчетах, связанных с изменчивостью показателей сопротивляемости резанию в пределах выемочной полосы.

3.2. Определение степени хрупкости углей

Известно, что производительность угледобывающих машин при прочих равных условиях существенно зависит от энергоемкости процесса резания, которая обусловлена, с одной стороны, действующи-

17

V

объем разрушенного угля, см³;

2 см - ширина режущей части резца ДКС; толщина стружки, см; усилие резания, кто;

показатель сопротивляемости угля резанию, кго/см; путь резания, см;

угол бокового развала борозда резания, град. Экспериментально установлено [12], что величина угла бокового развала зависит от толщины стружки

и, следовательно,

- кгс.см/см³.    (15)

^м е + /г°'⁵ В

Из анализа выражения (15) следует, что при постоянных режимных параметрах S/г величина удельных энергозатрат на резание всецело определяется сопротивляемостью резанию^ и величиной £ , которая может трактоваться как показатель степени хрупкости угля при резании. Чем больше величина В , тем меньше, при прочих равных условиях, энергозатраты на резание и тем более хрупким является разрушаемый уголь.

Таким образом, под степенью хрупкости угля применительно к формированию удельных энергозатрат на резание следует понимать его способность разрушаться с определенной удельной энергией при одной и той же сопротивляемости резанию и постоянных режимных параметрах. При этом в соответствии с (14) и (15) величина £ трактуется как показатель, характеризующий степень хрупкости угля, инвариантный к режимам резания. Количественно величина показате-

18

ля В равна тангенсу угла бокового развала при толщине стружки, равной I см.

Значения показателя степени хрупкости В для конкретных угольных пластов могут определяться по формуле (14). При этом ^^определяется с помощью установок типа ДКС [X], В связи с трудоемкостью производственных испытаний такие определения, выполненные в ограниченном объеме, были использованы при обосновании качественного деления углей на три группы по степени хрупкости (вязкие, хрупкие, весьма хрупкие) [3,4]. При разделении учитывались также косвенные характеристики - степень метаморфизма угля и особенности залегания пластов в различных бассейнах страны. Такое разделение, достаточное для проектировочных расчетов, не позволяет точно относить конкретные шахтопласты к той иди иной группе.

0,3    0,6    Of7    Of    Ot9    -7,0    //    /,2 Рис. 3. Корреляционная зависимость показателей степени хрупкости угля В и способности его к измельчению т

В результате выполненных экспериментальных исследований разработан инженерный метод определения показателя степени хрупкости угля [12], основанный на установленной корреляционной связи (ряс. 3) этого показателя с величиной показателя способности угля к измельчению т:

2,3т

В = ——5--8,4.    (16)

т

19

УДК 622.23.02

В работе приведена разработанная в ИГД им. Л.А. Скочинского методика определения показателей, характеризующих угли и угольные пласты как разрушаемые среды: сопротивляемости резанию, степени хрупкости, категории разрушав мости, свойств и содержания в пластах прослойков и твердых включений. абразивности и способности к измельчению. По описанной методике в ЙЦЦ им. А.А,Скочинского, ДонУГИ (канд.техн.наук А.А.Кривченко, яанд.техн.наук В. И. Кутовой, канд.техн.яаук В.Я. Резниченко), ШахтНИУИ (канд.техн.наук Н.Ф, Ренжиглов, канд.техн.наук И. П. ЖигульскиЙ). КузНИУИ (канд. техн. наук Я. И. Болдырев, канд.геол.-минер.наук М. И, Аксененко), КНИУй Синх. В.Ф, Орлов). НШОСуголь (инх.В.И.Ширяев, инх. А.А.Девятков) и НИИОГР (канд. техн.наук В.И.Дружинин, инх. В.И. Батурин) определен комплекс показателей разрушаемости около ЮиО шахтопластов в основных бассейнах СССЕР.

Результаты исследований систематизированы и обобщены в лаборатории резания угля ИГД им. А. А. Скочинского (научный руководитель - проф., докт. техн.наук Е.З.Позия, отв. исполнитель - канд.техн.наук М.Ф.Кунтыш).

Предлагаемая работа состоит из двух частей:

I - "Методика определения показателей разрушаемости углей и угольных пластов".

П - "Классификация показателей разрушаемости угольных пластов".

Первая часть выполнена проф.,докт.техн.наук Е.З.Позиным (разделы X, 5), канд.техн.наук М.Ф, Кунтышем (разделы 2, 3.1. 3.4, 3.5, 4.1. 4,2, 4.5.    5),

канд.техн.наук В.З. Меламедом (разделы 3.6, 4.4), инх. С.М.Аэовцевой (разделы 3.2, 3.3, 4.3, 4.4), инх. Э.И.Баронской (разделы 3.4, 3.5).

Вторая часть работы составлена канд.техн.наук М.Ф.Кунтышем п Р.В.Ма-зитовой при участии инх. С.Ы.Азовцевой.

Методика предназначена для работников научно-исследовательских к проектно-конструкторских организации, инженерно-технических работников производственных объединений и шахт.

Институт горного дела им. А, А. Скочинского (ИГД им. А. А. Скочинского), 1978

Значения показателя опосооности угля к измельченшсг' определяются по результатам ситовых анализов эксплуатационных проб, отобранных по ГОСТ 16094-70 при работе угледобывающих машин, основанных на принципе резания.

Во П части работы для обследованных шахтопластов приведены значения показателя степени хрупкости, определенные по настоящей методике. Значения/? для различных углей изменяются в пределах 1,35-7,3.

При использовании градации, принятой в ОСТ 12.47.001-73, к группе вязких следует относить шахтопласты при значениях В менее 2,1; к группе хрупких - при В от 2,1 до 3,5 й к группе весьма хрупких - при В более 3,5,

3.3. Установление категорий разрушаемости углей и угольных пластов

Под разрушаемостью при резании следует понимать способность углей и угольных пластов при прочих равных условиях разрушаться режущими инструментами с определенными удельными энергозатратами на резание.

В соответствии с формулой (15) характеристиками, определяющими, при равных режимных параметрах, уровень удельных энерго-

Си. п. 3.6.

I. ВВЕДЕНИЕ

Механический способ разрушения угольных пластов является в настоящее время основным в технологии подземной добычи угля. Область его применения с каждым годом расширяется в связи с созданием более совершенных и мощных угледобывающих машин, механизированных комплексов, распространением механизированной выемки на наклонные и крутые пласты, внедрением современных средств механизированной добычи для выемки пластов сложного строения. Поэтому правильная оценка разрушаемости углей и угольных пластов режущими инструментами приобретает особенно важное значение и является необходимым условием для решения задач горного производства, в частности определения параметров, производительности, динамической нагруженности, надежности горных машин, рациональной области их применения, установления научно обоснованных нагрузок на очистные забои, планирования объемов производства машин по типам, установления норм расхода горнорежущего инструмента, планирования потребности в нем я т,д.

В ИГД им.А.А.Скочинского с 1962 г. проводятся систематические исследования разрушаемости углей и угольных пластов [I, 2, 3].

Были разработаны метод и аппаратура (установки ДКС, динамометрическое сверло СДМ-1) для оценки сопротивляемости углей резанию, с 1965 г. принятые в отрасли. В опубликованной в 1970 г. работе [4] были обобщены результаты систематических определений этого показателя в основных бассейнах страны в 1965-1969 гг. Наряду с фактическими данными о сопротивляемости резанию по отдельным забоям на конкретных шахтах и пластах, в ней была приведена классификация углей и пластов СССР по данному показателю.

За истекшее с 1970 г. время исследования разрушаемости углей были значительно расширены:    созданы методы и аппаратура

3

дая оценки степени хрупкости и способности к измельчению углей, содержания в пластах твердых включений, абразивности углей и пластов. Разработка указанных методов и аппаратуры позволила подойти к комплексной оценке разрушаемости угольных пластов сложного строения.

Разработанные метода и аппаратура подвергнуты широкой опыт-но-промышленной проверке и использованы НИИ отрасли для проведения систематических определений разрушаемости большинства шах-топластов основных бассейнов страны.

Обобщение результатов исследований, выполненное по поручению Минуглепрома СССР Институтом горного дела им. А* А. Скочинского, позволило разработать типизацию и классификацию по разрушаемости шахтопластов основных бассейнов страны. Необходимость разработки такой классификации обусловлена не только привлечением новых критериев оценки разрушаемости углей, но и изменением в структуре разрабатываемых пластов - вовлечением в разработку новых угольных пластов, преимущественно сложного строения, и прекращением разработки ряда шахтопластов из-за отсутствия запасов* Кроме того, в последние года изменилась организационная структура отрасли:    созданы крупные производственные объединения,

укрупнены шахты и изменены их названия.

Предлагаемая работа состоит из двух частей.

В первой части рассмотрены метода и аппаратура, предназначенные для определения комплекса разработанных показателей, методические приемы расчета показателей пласта по известному содержанию в нем слагающих компонентов и классификации пластов по сопротивляемости резанию, абразивности, способности к измельчению, степени хрупкости углей различных бассейнов и угольной промышленности в целом.

Во второй части приведен фактический справочный материал по отдельным шахтам и пластам. В качестве основной классификационной единицы принят шахтопласт, характеризуемый следующими показателями: наименование (индекс), технологическая марка угля, эксплуатационная мощность, угол падения, выход летучих, литологический тип пород кровли и почвы, тип и характеристика прослойков и твердых включений, сопротивляемость резанию угля и пласта, абразивность пласта, показатели способности к измельчению и хрупкости угля, классы по сопротивляемости резанию угля и пласта, категории по разрушаемости угля и пласта. Предусмотрена возможность использования содержащейся информации дая информационного 4

обеспечения задач в системе АСУ, для чего оассейны, объединения, шахты и шахтопласты снабжены кодами в соответствии с действующим кодификатором.

Такое изложение материала позволит решать различные задачи, требующие знания характеристик разрушаемости угольных пластов как в целом по отрасли и отдельным бассейнам, так и по отдельным шахтам и шахтопластам.

2. КОМПЛЕКС ПОКАЗАТЕЛЕЙ, ХАРАКТЕРИЗУЩИХ УГМ И УГОЛЬНЫЕ ПЛАСТЫ КАК РАЗРУШАЕМЫЕ СРБЩЫ

Как указывалось ранее, знание показателей, характеризующих угли и пласты как разрушаемые среды, необходимо для решения различных задач горного производства, отличающихся по своей физической сущности. С увеличением числа задач, для решения которых разрабатываются инженерные методы расчета [5, 6], естественным явилось создание новых методов оценки углей и пластов, количественно отражающих тот или иной физический процесс.

В настоящее время разработаны метода и аппаратура для определения комплекса следующих показателей [?]: сопротивляемости углей и пластов резанию; степени хрупкости углей при резании; содержания и свойств твердых включений; абразивности угольных пластов; способности углей к измельчению.

При разработке методов исходили из общего методологического принципа, что получаемые в процессе экспериментального определения показатели должны отражать структурные особенности, свойства и состояние разрушаемого пласта и одну из главных его особенностей - существенную вариацию свойств.

Разработанные методы позволяют комплексно оценивать пласты как простого, так и сложного строения.

Для пластов простого строения комплекс характеристик может быть ограничен четырьмя показателями - сопротивляемостью угля резанию, абразивностью, степенью хрупкости, способностью к измельчению.

Для пластов сложного строения определению подлежат: сопротивляемость резанию угля, прослойков, включений и пласта в целом; форма, размеры, тип и объемное содержание твердых включений; литологический тип и объемное содержание в пласте прослойков;абра-

зивность угля, включений, прослойков и пласта в целом; степень хрупкости угля; способность угля к измельчению.

В зависимости от типа задач проектирования и эксплуатации используются численные значения тех или иных показателей разру-шаемости.

Некоторые задачи, связанные с расчетом и эксплуатацией выемочных машин, и используемые при их решении показатели, а также характеристики углей приведены в табл. I.

Таблица I

Задачи Используемые показатели и характеристики разрушаемости Расчет средних и максимальных нагрузок на режущий инструмент и исполнительный орган 'L • е - 4м • тш* РазмвР“ включений, распределение включений Расчет теоретической и эксплуатационной производительности выемочных машин s,j>, s\ S, vL Определение рпектра эксплуатационной нагруженности выемочных машин Расчет эксплуатационной надежности режущего инструмента Расчет сортности угля, добываемого выемочными машинами A' 7 0ST?

Примечание. В таблице обозначены; средняя сопротивляемость пласта резанию, кгс/см; У7_ - сопротивляемость резанию в зоне работы исполни тельного органа машины, кгс/см; ^ ~ коэффициент отжима; £ - показатель степени хрупкости, угля; - сопротивляемость резанию включений, кгс/см; р- показатель абразивности угля или пласта, мг/км; S - удельное содержание в пласте включений или прослойков, З7- среднее значение площади включений, см2; - коэффициент вариации сопротивляемости резанию, %; tn~ показатель способности угля к измельчению; м - удельное содержание включений, шт/100 м.

3. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ УГЛИ И УГОЛЬНЫЕ ПЛАСТЫ КАК РАЗРУШАЕМЫЕ СРЦЦЫ

В разделе приведены методические принципы определения основных показателей, используемых для оценки угольных пластов как сред, разрушаемых механическим способом, в частности горнорежущими инструментами; некоторые специальные приемы определения показателей, пределы их изменения и наиболее часто встречающиеся

6

значения. Дано описание расчетных методов определения некоторых показателей для пластов сложного строения. Применение таких методов, обеспечивающих достаточную для практики точность, стало возможным благодаря обобщению значительного количества экспериментальных определений с установлением статистически достоверных корреляционных связей.

Применяемая аппаратура и приемы работы подробно описаны в соответствующих методиках [2, 8, 9, 10].

3.1. Определение сопротивляемости резанию углей и угольных пластов

Под сопротивляемостью резанию углей и угольных пластов понимают их способность противостоять механическим воздействиям, возникающим в процессе резания. Сопротивляемость резанию является Совокупным критерием, отражающим действие многих факторов, сопутствующих процессу разрушения. Выполненные исследования [3] показали, что основные факторы, влияющие на сопротивляемость угольных пластов резанию, можно разделить на природно-генетические, характеризующие свойства среды, и горнотехнологические, предопределяющие состояние массива в момент добывания. Необходимость учета горнотехнологических факторов вызвана тем, что под действием давления, миграции газа и перераспределения напряженного состояния сопротивляемость резанию существенно меняется. К числу основных природно-генетических факторов относят: исходный материал угленакопления, степень метаморфизма, тип прослойков и твердых минеральных включений, трещиноватость.

Основные горнотехнологические факторы подразделяются на горные, обусловливающие проявление отжима, и технологические, позволяющие в известной степени управлять интенсивностью отжима. К первой группе относят: глубину залегания угольного пласта, свойства и строение боковых пород, мощность и строение пласта, газонасыщенность пласта, геотектонику участка и т.п.;ко второй -ширину призабойного пространства, параметры призабойной крепи, скорость подвигания забоя, наличие целиков в окрестности очистного забоя, способ ведения производственного процесса, время обнажения забоя и т.п. Отмеченные факторы, совокупно действующие в пространстве и во времени, обусловливают как общий уровень сопротивляемости резанию в массиве, так и значительную ее изменчивость, также проявляющуюся в пространстве.

7

Таким образом, сопротивляемость резанию является не имманентным свойством среда, а функцией, зависящей от природно-генетических факторов и горнотехнологических условий разработки. Этот принцип был положен в основу практического метода определения сопротивляемости резанию.

Исследования, выполненные ИГД им. А.А. Скочинского [I, 3], позволили обосновать в качестве метода определения сопротивляемости резанию проведение в условиях забоя испытаний при помощи специальных приборов, принцип действия которых близок к процессу разрушения угольных пластов исполнительными органами угледобывающих машин.

В качестве показателя сопротивляемости резанию принято приращение силы резания на один сантиметр толщины стружки при резании в стандартных условиях

я=-4->    (D

/г

где й - показатель сопротивляемости резанию, кгс/см;

Z - сила резания, кгс;

h - толщина стружки, см.

Поскольку в призабойной части действующего очистного забоя за счет ведения горных работ, перераспределения опорного давления и других факторов имеет место изменение сопротивляемости по сравнению с сопротивляемостью резанию в глубине массива, то для получения представительных оценок, необходимых для расчета параметров и определения области применения машин, методикой предусмотрено определение следующих показателей;

1)    сопротивляемость резанию в неотаатой зоне массива очистного забоя {At кгс/см) - характеристика, определяемая в зоне массива, где практически не проявляется отжим, является наиболее стабильной, в силу чего используется в качестве основного признака при классификации углей по сопротивляемости;

2)    сопротивляемость угля резанию в призабойной части массива й_в , кгс/см. Экспериментально установлено, что в призабойной части массива имеет место снижение сопротивляемости резанию. Зона, в которой наблюдается такое явление, называется зоной отжима. Установлено также, что глубина зоны отжима обычно составляет О,4-0,6 мощности пласта.

8

Поскольку исполнительные органы выемочных машин частично или полностью разрушают уголь в пределах зоны отжима, сопротивляемость угля резанию в пределах ширины захвата В исполнительного органа определяется по выражению

^ = #ат ' * КГС/ОМ.

где Л_л - сопротивляемость угля резанию в пределах ширины захвата _ исполнительного органа, кгс/см;

Л - сопротивляемость резанию в неотжатой зоне массива угля действующего очистного забоя, кгс/см;

Л- коэффициент отжима, учитывающий снижение сопротивляемо-сти резанию при данной ширине захвата по сравнению о сопротивляемостью резанию неотжатого массива ^устанавливаемый на основе тех же определений, что и Л , используя которые, можно определить зависимости а^_/7?=/(В)

или    )*    Последние,    как показали исследова

ния, имеют вид

где ^_ото~ значения коэффициента отжима у кромки забоя;

с и cL - коэффициенты, зависящие от свойств угля и горнотехнологических условий выемки.

Расчетные методы определения значения Л^дяя различных условий приведены в работе [3];

3) сопротивляемость резанию в выработках, находящихся в целиках у определяется впереди очистных забоев (в штреках) или. во вновь пройденных разрезах лав, т.е. в таких условиях, где изменение сопротивляемости под действием горного давления и горнотехнологических факторов незначительно. Полученный в таких условиях показатель сопротивляемости резанию (Л, кгс/см) может использоваться при расчетах машин, работающих в штреках и камерах, расположенных в целиках.

В результате сравнительных определений между показателями Л и Л установлена связь вида Л = Л/к*_гр ,где Л_гр - коэффициент, учитывающий изменение сопротивляемости резанию в очистном забое по сравнению с сопротивляемостью резанию угля в выработках, находящихся в целиках. Для утлей различных марок экспериментально установленные средние значения А*_гр находятся в пределах 0,8-0,95.

9