Механогидравлическая машина - это машина с гидравлическим или электрическим двигателем, осуществляющая механическую отбойку угля и породы и смыв их водой.
В Кузбассе еще с 1955 г. начали успешно применяться на гидрошахте «Полысаевская-Северная» проходческие комбайны ПКГ-3 и ПКГ-4 лауреата Ленинской премии Я. Я. Гуменника, а с 1962 г.- комбайн К-56МГ. Испытывались и другие, созданные институтом ВНИИГидроуголь нарезные и проходческие комбайны.
Попытки применить их на тонких пластах Донбасса не дали положительных результатов, ввиду большого объема подрывки вмещающих пород. Исключение составляет комбайн К-56 МГ, который, как показали результаты испытаний на гидроруднике «Пионер», может служить для проведения подготовительных выработок при слабых вмещающих породах.
Отрицательные результаты были получены и при испытаниях на гидрошахтах нарезных комбайнов, созданных для обычных шахт (КН-1Т КН-2, КН-2У). Из-за низкой маневренности, большого объема вспомогательных операций показатели были не выше, чем при проведении выработок буровзрывным способом или гидроотбойкой.
Я. Я. Гуменник для Донбасса сконструировал механо-гидравлический выемочный комплекс ККГ, состоящий из комбайна с гидроприводом и вспомогательного оборудования. Комбайн предназначен для безлюдной выемки угля при камерной системе разработки пологих пластов мощностью 0,8-1,2 м, но может служить и в качестве нарезного.
Работы по совершенствованию гидромоторов применительно к условиям Донбасса проводились рядом институтов.
Начиная с 1961 г. в Донбассе широкое применение получили малогабаритные и относительно легкие гидромониторы конструкции института ВНИИГидроуголь: ручной ГМРЦ-2 и с дистанционным управлением - ГМДЦ-2.
Институты ДонУГИ и УкрНИИГидроуголь несколько их усовершенствовали.
В гидромонитор ГМРЦ-2 вмонтировали пробковый разгруженный затвор; с 1962 г. начался выпуск усовершенствованного ручного гидромонитора ГМРЗ.
На базе ГМДЦ-2 УкрНИИГидроуголь разработал гидромонитор ГДМ с масляным управлением вместо водяного, что исключает быстрый износ механизмов при работе на загрязненной воде.
Экспериментами ДонУГИ было установлено, что самоходные гидромониторы, имеющие подвод к насадке непосредственно через высоконапорный рукав и приспособленные к отбойке по кливажу, могут обеспечивать рост производительности отбойки в 1,5-2 раза. В 1962 г. ДонУГИ разработан экспериментальный образец прямоточного гидромонитора типа ГД-1 с параллельным (относительно слоистости угля) перемещением насадки; промышленные испытания показали, что его производительность на 65% выше, чем существовавших гидромониторов. На базе ГД-1 разработаны гидромонитор ГД-2 на гусеничном ходу и гидромонитор ГД-1Т с телескопической подачей на забой. Испытания их проведены на гидроруднике «Пионер».
В 1962 г. ДонУГИ разработал гидравлический агрегат ГВД для выемки угля без присутствия людей в забое и без крепления нарезных выработок и очистного пространства. Агрегат состоит из прямоточного гидромонитора с автоматическим перемещением ствола в двух плоскостях, подающего става, станка подачи БРМ-2 и пульта управления. Станок располагается в штреке и служит для перемещения гидромонитора в нарезной выработке, проводимой по восстанию пласта. Ширина выработки 1 - 1,5 м. При обратном ходе вынимается полоса угля шириной 6-8 м в каждую сторону.
Накопленный опыт эксплуатации первых гидрошахт, а также большой объем проведенных научно-исследовательских, конструкторских и проектных работ позволили создать более совершенные проекты. По ним в Донецком бассейне построены две крупных гидрошахты и ведется строительство третьей.
Особенностью Красноармейских гидрошахт является высокая крепость углей, для разрушения которых требуются напоры до 100 атм, и на ряде пластов - слабые вмещающие породы. Для эксплуатации этих шахт большое значение имеет опыт работы гидрорудника «Пионер».
Гидрошахта № 1 «Самсоновская» характеризуется мягкими, легко измельчающимися углями, высокой газообильностью пластов, склонностью их к внезапным выбросам, а также большой глубиной разработки.
Проектирование и строительство гидрошахт велось в тесном контакте с научно-исследовательскими и проектно-конструкторскими организациями.
Заложенные в проектах принципиально новые решения проверялись на моделях, натурных установках или на других гидрошахтах, и по результатам проверки вводилась необходимая корректировка проектов.
ДонУГИ и УкрНИИГидроуголь для всех гидрошахт и новостроек разработали основные технологические схемы выемки угля, системы раз¬работки с оптимальными параметрами, произвели расчет водоснабжения, дали рекомендации по способам проведения выработок и по мерам борьбы с внезапными выбросами угля и газа в условиях короткозабойных систем.
В 1958 г. шахта № 105 треста «Селидовуголь» производственной мощностью 210 тыс. т в год была переведена на гидравлический транспорт и гидроподъем угля. Шахта строилась на обычный способ добычи, но неблагоприятные горногеологические условия - большая обводненность вмещающих пород, частые и мощные прорывы воды в выработки, сильно-пучение почвы - привели к принятию новых технических решений по транспорту и подъему. Для трубопроводов и водопроводов транспортной воды пробурены скважины.
Бремсберговое поле шахты было подготовлено выработками с обычным уклоном для отработки лавами с комбайновой выемкой. Очистные работы велись согласно первоначальному проекту.
Шахта разрабатывает негазовый пласт 13 мощностью 1,0-1,25 ж, угол падения 7 -10°. В пласте встречаются включения колчедана, линзы и прослойки породы. Уголь марки Д - средней крепости, вязкий, кливаж развит слабо.
Выданный из лавы скребковым конвейером уголь загружается шнековым питателем УПШ-1 конструкции ИГД им. А. А. Скочинского в пульповод и подается к центральному гидроподъему, где углесосами выдается на поверхность на высоту 132 м. Транспортная вода к участкам подается с поверхности.
В настоящее время заканчивается отработка бремсбергового поля и начаты работы в уклонном поле, которое подготовлено выработками с уклоном, соответствующим самотечному гидротранспорту.
Применение частичной гидромеханизации способствовало освоению годовой добычи 187-189 тыс. т. Несмотря на тяжелые условия эксплуатации она по основным показателям работы не уступает другим шахтам такой же мощности.
Первые гидроучастки введены в эксплуатацию на шахтах № 4 треста «Орджоникидзеуголь» - в 1957 г. и № 3 - «Новогродовка» в 1958 г.
На шахте № 4 гидроучасток отрабатывал восточное крыло пласта h10 «Бабаковского». Наклонная высота этажа составляла 102 м, длина крыла по простиранию - 980 м. Угол падения пласта 73°, мощность непостоянная и изменяется от 1,0 до 2,5 м. Уголь марки Т с коэффициентом крепости - 0,7-1,0 по М. М. Протодьяконову. Кровля с крепкими и весьма устойчивыми песчаниками, а почва с глинистыми сланцами средней устойчивости, местами склонными к сползанию. В целом на этой шахте горногеологические условия благоприятны для гидравлического способа добычи угля.
Этаж разделен скатами на пять выемочных блоков, которые отрабатывались системой длинных полос по простиранию с подэтажной гидроотбойной от границы крыла к стволам. По подэтажным штрекам пульпа транспортировалась по желобам, в скате - по трубопроводу, присоединенному непосредственно к всасу участкового углесоса 5ШНВ, расположенного на откаточном штреке. Участковый углесос перекачивал пульпу до центральной станции гидроподъема, откуда пульпа двумя последовательно работающими углесосами 5ШНВ выдавалась на поверхность.
Обычно на участке в работе находилось два блока: в одном велись очистные работы, в другом проводились подэтажные штреки. На поверхности пульпа принималась в трехсекционный железобетонный отстойник. Оборотная вода с содержанием твердой фракции 20-40 гл поступала в резервуар насосной станции и подавалась на участок насосами АЯП с напором до 40 ат. Из заполненной секции отстойника уголь выгружался козловым краном и складировался для полного обезвоживания и просушки. Отгрузка угля потребителям производилась только в летнее время.
Первая опытная шахта с гидравлическим способом добычи угля построена в Донецком бассейне в 1939 г. в тресте «Орджоникидзеуголь». Шахта имела производственную мощность 270 т в сутки. Проведение выработок и очистная выемка осуществлялась гидромониторами. Угольная пульпа транспортировалась по желобам в околоствольный двор. Здесь уголь качающимися конвейерами обезвоживался и скипами выдавался на поверхность. Вода со шламом выдавалась насосами и осветлялась в системе отстойников.
Опыт работы первой гидрошахты показал, что в благоприятных горно-геологических условиях (устойчивые боковые породы, нижесредняя крепость угля) при новой технологии достигается более высокая производительность труда, снижается себестоимость угля, обеспечиваются более легкие и безопасные условия труда. В 1940 г. в Харькове создается специализированная контора «Гидроуголь». По ее проектам была начата реконструкция, с переходом на гидромеханизацию, одной шахты и строительство двух гидрошахт в Центральном и Донецко-Макеевском районах Донбасса. Однако эти работы прервала война.
В послевоенный период гидромеханизация подземной добычи угля возобновилась в Кузбассе, а с 1954 г.- ив Донецком бассейне. По проектам, разработанным конторой «Проектгидромеханизация» (Москва), началось строительство гидроучастков на шахте № 3 «Новогродовка» треста «Селидовуголь» на пологом пласте и в шахтоуправлении № 1 «Хацапе-товское» треста «Орджоникидзеуголь» на крутом пласте. Строительство их вело специализированное шахтостроительное управление «Подзем-гидромеханизация». На шахте им. Ленина треста «Макеевуголь» строился комплекс для гидротранспорта породы от шахты в отвал (расстояние 1,5 км) с попутным извлечением из нее угля.
Углесосы - основное гидротранспортное оборудование - за последние годы значительно усовершенствованы Ясногорским заводом совместно с институтами ВНИИГидроуголь, ДонУГИ, УкрНИИГидроуголь. ДонУГИ и УкрНИИГидроуглем разработан параметрический ряд углесосов, в соответствии с которым и велись дальнейшие работы; разработан ряд новых конструкций уплотнений, изучен характер износа и предложены решения по повышению износостойкости углесосов. Ряд решений дан институтом ВНИИГидроуголь. В результате этих работ срок службы углесосов повышен в 3-4 раза.
Кроме углесосов для гидроподъема в настоящее время применяются: питатели трубчатые; питатели камерные с железобетонными камерами большой емкости (50-125 м3), расположенными в толще горных пород околоствольного двора; эрлифтные установки одно- и многоступенчатые.
Эрлифтный гидроподъем, разработанный Донецким политехническим институтом, является наиболее энергоемким, но он конструктивно прост и имеет большие эксплуатационные преимущества, обладает свойством авторегулирования; все приводные мощности находятся на поверхности в хороших условиях эксплуатации. Одноступенчатая эрлифтная установка на гидрошахте № 2 «Красноармейская» показала высокие-эксплуатационные качества, высокую производительность и надежность в работе.
Трубчатые питатели, разработанные институтом УкрНИИГидроуголь, удобны в эксплуатации, могут обеспечить подъем из глубоких шахт и имеют перспективу широкого распространения.