Лекция 2 Основные технологические процессы в шахте

Лекции по "Технологии и оборудованию Горного производства" для АКиТ (16 часов).
1
Лекция № 2.
ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ШАХТЕ
Выбор горного оборудования и его рациональное высокопродуктивное
применение напрямую зависит от конкретных горно-геологических условий и
технологии его применения.
Широкое многообразие свойств ПИ и вмещающих пород, вариативность
горно-геологических условий их залегания обуславливает различные технологии
ведения подземных горных работ.
Современный горный инженер по системам автоматического управления
должен знать основные понятия о технологии ведения проходческих и добычных
работ, об основных технологических операциях, о базовых схемах добычи ПИ.
Цель настоящей лекции – изучить основные технологические операции и
технологические схемы по обеспечению добычи ПИ.
В результате изучения материала этой лекции студенты должны
получить понятия о подземных схемах добычи угля и руды, научиться по
основным горно-геологических условиях залегания ПИ определяться в
возможных технологиях ведения горных работ.
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОПЕРАЦИИ В ШАХТЕ
Производственный процесс – процесс труда, имеющий определенное
технологическое и организационное содержание, направленный на создание
конкретных
материальных
благ
(например,
добычи
угля)
и
характеризующийся постоянством главного предмета труда.
Производственный процесс–это совокупность комплексов рабочих
процессов, необходимых для добычи п.и.
Комплекс рабочих процессов – организационно и технически обособленная
часть производственного процесса, характеризующаяся особым технологическим
содержанием и требующая определенных профессий. Выполнение работ по
К.Р.П. приводит к изменению форм и свойств предмета труда или его положения
в пространстве. К.Р.П. расчленяются на рабочие процессы К комплексам рабочих
процессов при добыче угля подземным способом можно отнести:
подготовительные работы, очистные работы, внутришахтный транспорт,
водоотлив, вентиляцию и т.д.
Рабочий процесс – четко очерченная, отличная по своей
организационной структуре и технологическому содержанию часть
комплекса рабочего процесса (например, выемка угля комбайном,
крепление забоя и т.д.). Рабочие процессы делятся на операции.
Операция
–
совокупность
рабочих
действий
(приемов),
характеризуемые
односторонностью
технологического
содержания,
единством (неизменностью) предмета труда, и рабочих приспособлений.
По назначению операции делятся на основные – вносящие изменения в
форму, положение или состояние предмета труда и определяющие содержание и
конечную цель каждого рабочего процесса; вспомогательные – сопутствующие
основным, не вносящие изменения в предмет труда, но необходимые для
Лекции по "Технологии и оборудованию Горного производства" для АКиТ (16 часов).
2
выполнения основных; подготовительно-заключительные, связанные с
подготовкой рабочего места и завершением цикла работ.
Процессы и операции по степени механизации работ делятся на:
А) ручные – выполняемые человеком при помощи простейших
инструментов;
Б) частично-механизированные – часть наиболее трудоемких
процессов выполняется машинами, остальные и вспомогательные –
вручную;
В) комплексно-механизированные – все процессы и операции
выполняются машинами и механизмами, на долю человека остается
управление машинами;
Г) автоматизированные – управление машинами и механизмами в
комплексно-механизированных забоях осуществляется специальными
автоматами, на долю человека остается контроль за течением процесса;
Д) кибернетизированные (автоматические) – весь процесс
производства контролируется при помощи ЭВМ, которая собирает сведения
о процессе, вносит необходимые коррективы и т.д.
В настоящее время на угольных шахтах примерно 60% очистных забоев
являются комплексно - механизированными, в остальных – частичная
механизация, автоматизированы такие процессы как вентиляция, водоотлив,
подъем. Из более чем 900 операций, составляющих весь процесс добычи угля от
забоя до погрузки в ж.д. вагоны более половины выполняется вручную, причем
около 80% их – тяжелый труд.
ТЕХНОЛОГИЯ (наука о мастерстве) или технологическая схема
горнодобывающего
предприятия
–
совокупность
основных
и
вспомогательных
производственных
процессов
в
сочетании
с
необходимыми для их выполнения выработками, средствами механизации и
автоматизации, обеспечивающая при рациональной организации работ
безопасную и эффективную разработку месторождения.
Рациональная т.с.г.п. на угольных шахтах характеризуется высоким
уровнем комплексной механизации очистных и подготовительных работ,
широким применением конвейерного транспорта, эффективной вентиляции,
механизации и автоматизации вспомогательных процессов.
Основными принципами совершенствования горных работ (в частности
угледобычи) является ритмичность и поточность горного производства,
малооперацонность работ, концентрация и интенсификация горных работ.
Основными критериями оценки технологической схемы является
надежность, трудоемкость, производительность труда и себестоимость
продукции.
Надежность – это свойство одной машины или системы машин и
механизмов, технологической цепи функционировать безотказно. Количественно
оценивается вероятностью отказа.
Трудоемкость – количество рабочего времени, затраченного на
производство продукции или выполнение работ. Трудоемкость по добычи ПИ
исчисляется количеством человеко-смен на добычу 1000 т ПИ. Трудоемкость –
показатель, обратной производительности труда.
Лекции по "Технологии и оборудованию Горного производства" для АКиТ (16 часов).
3
Производительность труда – эффективность затрат труда. Выражается в
количестве продукции (объеме работ), произведенной работником в единицу
времени (смену, месяц и т.д.).
Себестоимость – показатель, отражающий в денежном выражении
издержки производства, связанные с производством и реализацией продукции.
Производственная себестоимость – все производственные затраты на
добычу ПИ – заработная плата, амортизационные отчисления, стоимость сырья,
материалов, топлива, электроэнергии.
Коммерческая себестоимость помимо этих расходов включает затраты на
реализацию продукции, содержание вышестоящих организаций, расходы на
научно – исследовательские работы, премирование за создание и внедрение
новой техники и т. п.
Уровень механизации горных работ определяется соотношением
количества людей, занятых механизированным трудом к общему количеству
людей, занятых на выполнении этого процесса.
Буровзрывные работы (БВР)
Разработка горных пород заключается в отделении части их от
массива.
Слабые породы (обычно до f = 4 – 5) могут отделяться ручным
инструментом, комбайном, экскаватором и т.д. В более крепких породах
применяется БВР.
Ежегодно в мире при помощи взрывных работ отбивается до 12-13 км3
горной массы.
Взрыв – чрезвычайно быстрое изменение состояния вещества,
сопровождающееся выделением тепла и образования газов, способных
вследствие резкого повышения давления производить механическую работу по
разрушению окружающей среды.
Взрывы бывают:
физические – взрывы котлов, газовых баллонов, метеоритов и т.д.
химические – разложение вещества;
ядерные
В горнодобывающей промышленности применяются только химические
взрывы.
Взрывчатое вещество (ВВ) – вещество, которое под действием внешнего
импульса (удар, трение, тепло), способно к взрыву.
В результате взрыва горные породы во-первых дробятся, во-вторых
отбрасываются на некоторое расстояние.
По характеру внешней работы ВВ делятся на:
бризантные – дробящие
фугасные – метательные
При взрыве возникает ударная волна (волна детонации), скорость которой
доходит до 3-4 км/с.
Распространение волны по массе ВВ называется детонацией.
По химическому составу ВВ, применяемые в горном деле можно разделить
на:
Лекции по "Технологии и оборудованию Горного производства" для АКиТ (16 часов).
4
а) аммиачно-селитренные – селитра + гексоген + порошкообразный
алюминий + горючие добавки (аммониты, аммоналы, динамоны)
б) нитроглицериновые – селитра + нитроглицерин + нитрогликоль +
древесная мука (динамит, детонит, победит)
в) нитросоединения – тротил, тетрил, гексоген – для изготовления средств
взрыва.
кроме того, есть пороха, пироксилины, оксиликвиты и т.д.
Каждое ВВ имеет определенные свойства и может применяться только в
определенных условиях.
Каждое ВВ имеет свои свойства и может применяться только в
определенных условиях. С этой точки зрения все промышленные ВВ делятся на
следующие группы:
Предохранительные ВВ, допущенные для применения в шахтах опасных
по газу или пыли. Имеют желтый цвет оболочки патрона для работ по углю и
синий – для работ по породе.
Предохранительные ВВ, допущенные к применению для работы в серных,
нефтяных шахтах – зеленый. Так же в озекеритовых шахтах. Озекерит или
горный воск – горючее ископаемое, разновидность твердого битума. Очищенный
озекерит называется церезином. Применяется для изготовления пластмасс, для
электроизоляторных обмоток и др.
Непредохранительные ВВ, допущенные для применения в шахтах не
опасных по газу и пыли – красный.
Непредохранительные ВВ, допущенные для применения на открытых
горных работах – белый.
Для промышленного использования в подземных условиях ВВ
выпускаются в патронах диаметром 32, 36 и 45 мм и весом 100, 200 и 300 г,
обернутых в промасленную бумагу соответствующего цвета. Разрешается
выпуск ВВ в оболочках белого цвета с полоской нужного цвета.
Способы и средства взрывания
Различные ВВ по разному реагируют на внешние импульсы. Одни
взрываются от малейшего удара или толчка (гремучая ртуть, нитроглицерин),
другие могут гореть и не взрываться (тол). Но почти все ВВ взрываются от
детонации, т.е. от взрыва рядом расположенного ВВ.
Поэтому взрывание зарядов обычно производится в результате взрыва
капсюля-детонатора или электродетонатора, помещенного в одном из патронов
заряда, который называется патрон-боевик.
Способ возбуждения взрыва детонатора может быть: огневой,
электрический и электроогневой.
Число и глубина шпуров.
Число шпуров определяется количеством ВВ, которое надо в них
разместить и требованием правильно оконтурить выработку или отбить
определенное количество горной массы с заданной степенью дробления.
Лекции по "Технологии и оборудованию Горного производства" для АКиТ (16 часов).
5
Для расчета количества шпуров, величины заряда существуют
многочисленные формулы.
Глубина шпуров при проведении горных выработок рассчитывается из
условия цикличной организации труда, (например из расчета проведения в смену
1,5 м выработки применяется один цикл в смену и глубина шпура принимается
равной приблизительно 1,6 м. При отбойке угля глубина шпура зависит от
ширины вынимаемой полосы и на практике обычно составляет 2 м.
Диаметр шпуров принимается на 2-3 мм больше диаметра патрона ВВ.
Если диаметр патрона 32, 36, 45, то диаметр шпура 35, 39, 48 мм.
Расположение шпуров в забое.
Правильное расположение шпуров в забое необходимо для получения
выработки правильной формы, достижения равномерного дробления,
уменьшения разбрасывания кусков, чтобы не выбивало крепь и др.
Шпуры могут буриться перпендикулярно или под углом. При этом следует
отличать длину шпура от кратчайшего расстояния от центра заряда до
обнаженной поверхности, которая называется линией наименьшего
сопротивления (ЛНС).
Донная часть шпура остается в неразрушенном массиве и называется
стаканом. Следовательно, фактическое подвигание забоя за одно взрывание не
равно длине шпура, а меньше на величину стакана.
Отношение величины фактического подвигания забоя к длине шпура
называется коэффициентом использования шпура (КИШ).
На величину КИШ влияет много факторов: физико-механмческие свойства
пород, конструкция заряда, тип ВВ, расположение шпуров и др. Практически
КИШ колеблется в пределах 0,8 – 1,0
По своему назначению шпуры делятся на:
врубовые – для создания дополнительной обнаженной поверхности; они
длиннее остальных;
отбойные – для отбойки основной массы породы;
оконтуривающие – для точного оформления выработки.
Эти три группы составляют комплект шпуров.
Врубовые шпуры взрываются раньше других. Расположение врубовых
шпуров определяет форму вруба. По форме образовавшейся полости, врубы
делятся:
конусообразные – применяются при проходке стволов и выработок
круглого сечения;
пирамидальные – в породах крепких и средней крепости;
клиновые – в выработках больших размеров, при слоистом залегании
пород. Может быть вертикальный, центральный и боковой; горизонтальный,
центральный, верхний и нижний.
Щелевые, призматические, спиральные и др.
Иногда для повышения эффективности взрыва в центре бурится шпур или
скважина, которая не заряжается – дополнительная обнаженная поверхность.
Правила безопасности при ведении БВР
Лекции по "Технологии и оборудованию Горного производства" для АКиТ (16 часов).
6
1. Производить взрывные работы имеет право лишь лицо, имеющее
”Единую книжку взрывника“.
2. Во время заряжания шпуров в забое могут находиться: мастер-взрывник,
его помощник и лицо надзора.
3. Патроны в шпур подаются деревянным стержнем или алюминиевой
трубой (чтобы не было искры).
4. Взрывные работы могут вестись, если содержание метана не превышает
1%.
5. Взрывание должно производиться из безопасного места.
6. Перед началом взрывания во всех прилегающих выработках на
безопасном расстоянии должны быть вывешены предупреждающие сигналы –
красный свет и выставлены посты.
7. Перед началом взрывания взрывником подается один продолжительный
свисток – предупредительный – всем покинуть забой. Перед взрывом после
монтажа цепи – два продолжительных сигнала – присоединяю и взрываю.
После осмотра места взрыва и убеждения в безопасности рабочего места –
три коротких сигнала – взрывание окончил, можно вернуться в забой.
8. Отказ (невзорвавшийся шпур) можно ликвидировать только
пробуриванием и взрыванием параллельного шпура, не ближе 0,3 м от отказа.
Кроме этих существует много специальных правил, но для вас достаточно
этих.
ОЧИСТНЫЕ РАБОТЫ
Горные работы по добыче п. и. делятся на отдельные этапы:
проектирование и строительство предприятий, очистные, подготовительные,
транспортные работы, вентиляция, водоотлив, работы на поверхности шахт и т.
п.
Очистные работы – совокупность работ в подземной горной
выработке с целью добычи п. и.
Добыча п. и осуществляется в длинных – лавах и коротких – камерах –
очистных забоях.
На современных угольных и сланцевых шахтах очистные работы
представляют собой комплекс процессов и операций: основных – выемка п.
и., дробление его, погрузка и транспортировка к погрузочному пункту,
передвижка конвейера, крепление забоя, управление горным давлением,
устройство ниш, мероприятия по снижению пылеобразования и
газовыделения и вспомогательных – доставка материалов и оборудования,
ремонтные работы и т. п. На основные производственные операции в
очистных забоях в среднем приходится до 80% общих затрат на очистные
работы.
Выемка полезного ископаемого, т.е. отделение части его от массива
может осуществляться вручную (ломами, кайлами), при помощи несложных
механизмов
(отбойными
молотками),
буровзрывными
работами,
выемочными машинами, специальными способами (токами высокой
частоты, ультразвуком). Более 80% всего угля при подземном способе
Лекции по "Технологии и оборудованию Горного производства" для АКиТ (16 часов).
7
добывается при помощи выемочных машин (комбайнов, стругов, врубовых
и буровых машин, гидромониторов).
По направлению выемки комбайны делятся на: фланговые (в длинных
забоях), когда комбайн движется вдоль очистного забоя, снимая с его
поверхности полосу п. и. и фронтальные (в коротких забоях), работающие в
“лоб’’ забоя.
По ширине срезаемой полосы (ширине захвата) комбайны делятся на:
широкозахватные (с шириной захвата более 1,0 м) и узкозахватные (менее 1,0 м).
Отечественные узкозахватные комбайны имеют стандартную ширину захвата
0,5; 0,63; 0,8.
При широкозахватной выемке комбайн движется по почве пласта рядом
с забоем при помощи каната и упорной стойки или корабельной цепи, растянутой
вдоль забоя. Рядом с комбайном находится забойный конвейер (скребковый), на
который при помощи кольцевого грузчика грузится отбитый уголь. На концах
лавы устраиваются ниши – верхняя для вывода исполнительного органа и
нижняя – для перевода комбайна на новую дорожку для снятия следующей
полосы. В обратном направлении комбайн перемещается вхолостую
(односторонняя схема работы с холостым перегоном).
Одновременно с перегоном комбайна производится переноска конвейера
на новую дорогу. Так как между комбайновой и конвейерной дорожками имеется
ряд стоек крепи, применяются только разборные конвейеры. Это в значительной
мере повышает трудоемкость работ. Кроме того, широкозахватная выемка
требует наличия двух дорожек, что увеличивает ширину рабочего
(призабойного) пространства.
Возможна также работа фронтальных комбайнов с разворотом на концах
лавы с целью ликвидации холостого перегона (двухсторонняя схема с
разворотом) – применяется редко из–за большой площади незакрепленного
пространства.
При узкозахватной выемке комбайн перемещается по раме забойного
конвейера при помощи корабельной цепи или при помощи цевочного
зацепления. Таким образом, совмещаются комбайновая и конвейерная дорожки.
Комбайн работает по челноковой схеме, т. е. производит выемку в двух
направлениях. За счет уменьшения ширины рабочего пространства и отсутствия
крепи между конвейером и забоем возможно применение механизированной
передвижной крепи и безразборных конвейеров, что уменьшает трудоемкость
работ в забое и позволяет механизировать ряд операций. Поскольку
исполнительный орган комбайна работает в зоне отжима, т.е. в ослабленной под
воздействием горного давления части пласта, примыкающей к поверхности забоя
(0,2 – 0,5 мощности пласта), резко – в 2 – 5 раз снижается энергоемкость
разрушения угля, что позволяет комбайну двигаться с большей скоростью, т. е.
снимать за смену не одну, а несколько полос. К недостаткам узкозахватной
выемки следует отнести повышенное измельчение угля и большое
пылеобразование.
Струговая установка (струг) – комбинированная узкозахватная горная
машина для работы в длинных забоях, предназначенная для механизированного
скола (срезания) с забоя полосы п.и., погрузки и транспортирования его
конвейера или без него (скрепероструги). Ширина захвата (стружки) составляет
Лекции по "Технологии и оборудованию Горного производства" для АКиТ (16 часов).
8
0,15 – 0,3 м (при активных стругах – до 0,4 м) в зоне интенсивного отжима.
Область применения – весьма тонкие и тонкие (до 1,5 м) пласты.
Струги бывают: по принципу разрушения п.и. – статические и
динамические или активные; по скорости движения – тихоходные (до 15 м/мин),
быстроходные (15 – 60 м/мин) и скоростные (более 60 м/мин).
При струговой выемке (благодаря малому захвату) равномернее
происходит перераспределение горного давления и опускания кровли. Кроме
того, струги легче позволяют применять средства автоматизированного
дистанционного управления, т. е. осуществить выемку без постоянного
присутствия людей в забое. Основное достоинство струговой выемки –
небольшой выход штаба и значительный выход крупных и средних сортов угля,
что особенно важно при добыче антрацитов.
Дробление отбитого от забоя п.и. до транспортабельных размеров может
осуществляться
вручную,
специальными бутобоями,
силой
взрыва,
исполнительными органами машин.
Погрузка отбитого и раздробленного п.и. на транспортное устройство
может производиться вручную, погрузочными машинами, силой взрыва,
исполнительными и специальными органами машин.
Транспортировка п.и. вдоль очистного забоя или из него до
погрузочного пункта может производиться скреперами, самоходными
вагонетками,
погрузочно–доставочными
машинами,
конвейерами
(вибрационными, телескопическими, скребковыми). В длинных очистных
забоях применяются только скребковые конвейеры (одно – и двухцепные).
КОНЦЕВЫЕ ОПЕРАЦИИ В ЛАВЕ
При фланговой выемке угля очистным комбайном, после снятия очередной
полосы, необходимо перевести комбайн на новую дорогу. Операции, связанные с
подготовкой оборудования к выемке новой полосы угля и перемещением его на
новую дорогу, называется концевым.
Характер концевых операций определяется технологией очистных работ.
При челноковой схеме выемке узкозахватными комбайнами аналогичные
концевые операции выполняются у обоих концов лавы. При односторонней
схеме – только у одного конца, но возникает дополнительная операция – перегон
комбайна. Полнота выемки полосы угля на конечных участках лавы (у
подготовительных выработок) зависит от способа расположения исполнительных
органов на корпусе комбайна.
Длина участка лавы, необрабатываемая комбайном, зависит от размеров
приводов, которые определяют предел передвигания комбайна по ставу
конвейера. В тех случаях, когда комбайн не может производить выемку полосы у
конца лавы и самозарубку, подготавливаются ниши. Подготовка ниш является
наиболее трудоемкой частью концевых операций.
Лекции по "Технологии и оборудованию Горного производства" для АКиТ (16 часов).
9
Возможно также увеличение ширины подготовительной выработки с
целью размещения привода в ней. Это ликвидирует ниши, но увеличивает
стоимость проведения выработки.
Таким образом, возможны следующие способы выполнения концевых
операций – передвижение комбайна в специально подготовленную нишу,
самозарубка исполнительных органов и передвижение комбайна по
свободному пространству на сопряжении лавы с выработкой.
Одним из самых распространенных способов является использование ниш.
Ниши могут подготавливаться буровзрывным способом, отбойными молотками
или специальными нишерезными машинами. Длина ниш для современных
комбайнов составляет 5-7 м каждая. Трудоемкость работ по подготовке ниш БВР
или отбойными молотками доходит до 20-25% общей трудоемкости работ в лаве.
Самозарубка исполнительных органов комбайна в пласт угля может быть
фронтальной (при расположении исполнительных органов на концах
корпуса) и косыми заездами (при любом расположении исполнительных
органов). Среднее время самозарубки 25-30 минут.
Ширина подготовительной выработки при выносе привода конвейера в нее
зависит от типа забойного оборудования и обычно составляет 5-6 м вместо
обычных 2-3м.
Операции на концах очистных забоев осуществляются в зоне взаимного
влияния лавы на подготовительные выработки. Очистной забой оказывает
существенное влияние на устойчивость подготовительной выработки, что
вызывает необходимость усиления мероприятий по охране выработки. Место
пересечения лавы с подготовительной выработкой, где проявляется их взаимное
влияние, на основные процессы, процессы, протекающие в этом месте,
называется сопряжением.
Размеры сопряжения зависят от многих факторов и обычно составляют: по
выработке 25-30 м, по лаве 10-25 м.
2 СПЛОШНЫЕ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ
2.1 Общие сведения
Система разработки, при которой очистные работы в пределах этажа,
выемочного поля, столба или яруса ведутся одновременно с проведением
подготовительных выработок, называется сплошной.
Характерными особенностями сплошных систем разработки являются:
- очистные и подготовительные работы взаимоувязаны между собой и
подвигаются в одном направлении;
- выемочные выработки, обслуживающие очистной забой, поддерживаются
в выработанном пространстве и подвержены интенсивному проявлению горного
давления;
- транспортирование угля по ним производится в направлении,
противоположном движению очистного забоя.
Сплошные системы разработки могут применяться при любом способе
подготовки шахтного поля. Их общими достоинствами являются:
- быстрый ввод очистных забоев в эксплуатацию;
Лекции по "Технологии и оборудованию Горного производства" для АКиТ (16 часов).
10
- небольшие первоначальные затраты на подготовку участка;
- небольшая длина или отсутствие тупиковых выработок, что очень важно
для их проветривания, особенно при разработке пластов с высокой
газоносностью.
К числу общих недостатков этих систем относятся:
- тяжелые условия поддержания выемочных выработок (в зоне временного и
стационарного опорного давления), в результате чего затраты на их поддержание
в 5-10 раз выше по сравнению со столбовой системой разработки;
- отсутствие предварительной разведанности пласта подготовительными
выработками, которое может привести к выходу участка из строя;
- взаимные организационные помехи в работе очистных и подготовительных
забоев;
- большие утечки воздуха через выработанное пространство и ограничение
нагрузки на очистной забой по газовому фактору.
2.2 Сплошная система разработки лава-этаж (лава-ярус)
Система разработки лава-этаж (лава-ярус) - это разновидность сплошной
системы разработки, при которой в пределах этажа или яруса имеется один
длинный очистной забой, поставленный по падению пласта, а перемещающийся
по его простиранию. Она является основной в классе сплошных систем и имеет
наибольшее распространение на практике благодаря своей простоте в отношении
транспорта угля, проветривания забоев и минимальному объему выемочных
выработок.
Подготовка участка к очистной выемке начинается с проведения от
капитального (панельного) бремсберга или уклона транспортного и
вентиляционного штреков в оба крыла этажа (яруса) и сооружение приемных
площадок. На расстоянии 40-50 м от крайних наклонных выработок штреки
соединяются разрезными печами, в которых монтируется забойное оборудование
для очистной выемки. По окончании монтажа приступают к ведению очистных
работ, в результате чего забой лавы перемещается по простиранию к границе
шахтного поля при этажной подготовке или панели при панельной подготовке.
После отхода лавы на длину, равную шагу обрушения основной кровли и ее
посадки, система приобретает вид, показанный на рисунке 1.
Рассмотрим элементы этой системы разработки.
1. Проведение и охрана транспортного штрека. Указанный штрек может
проводиться по различным технологическим схемам: узким и широким ходом, с
параллельной выработкой (просеком) и без нее, с опережением забоя лавы и
вслед за лавой. Технологическая схема проведения штрека в значительной мере
определяет и способ его охраны (рис.2).
При проведении штрека узким ходом с опережением забоя лавы он может
охраняться односторонними бутовыми полосами (рис.1), целиками угля (рис.2а),
искусственными
сооружениями:
железобетонными
блоками,
кустами,
бутокострами, литыми полосами и др., область применения которых
определяется физико-механичес-кими свойствами боковых пород, глубиной
ведения горных работ, длительностью поддержания штрека и др. факторами.
Лекции по "Технологии и оборудованию Горного производства" для АКиТ (16 часов).
11
При
охране
штрека
целиками угля параллельно
А-А
А
А
штреку необходимо проводить
просек,
периодически
Б
соединяющий его со штреком
Б-Б
4
5
1
печами. Для доставки угля из
лавы
вместо
одного
1
3
скребкового
конвейера,
150-200 м
Б
уложенного вдоль лавы и
1,2 – этажные (ярусные) штреки соответственно транспортный и
сразу выходящего на штрек
вентиляционный; 3 – чураковая стенка на глине; 4 – бутовый штрек; 5
(рис.1), необходимо иметь три:
– лава
в лаве, просеке и печи.
Рисунок 1 – Сплошная система разработки лава-этаж (лаваУвеличение числа конвейеров
ярус)
и длины доставки угля до
погрузочного пункта лавы, в свою очередь, приводит к увеличению затрат на
добычу за счет роста их первоначальной стоимости, затрат на обслуживание и
амортизационные отчисления. Недостатком этой технологической схемы
является также увеличение объемов проводимых выработок (просеков и печей).
2. Проведение и охрана вентиляционного штрека. Вентиляционный штрек
чаще всего проводится вслед за лавой и охраняется бутовой полосой, как это
показано на рисунке 1. Для удобства доставки породы в бутовую полосу с
помощью скрепера, как правило, он проводится с подрывкой кровли (рис.1).
При проведении штрека узким забоем впереди лавы он охраняется целиками
угля, иногда в комбинации с бутовой полосой или кострами (рис.3а).
В качестве вентиляционного часто повторно используется бывший
транспортный
штрек
б
в
а
вышеотработанного этажа или
В
Б
яруса. В этом случае он может
А
1
2
охраняться
целиками
угля
(рис.3б), односторонними и
1
двухсторонними
бутовыми
3
3
4
4
1
Б
А
В
полосами
(рис.3в,г),
А-А
Б-Б
В-В
железобетонными
блоками
(рис.3д), кострами, кустами и
др.
искусственными
1
1
1
сооружениями.
1 – транспортный (откаточный) штрек; 2 – просек; 3 – косовичник; 4 –
3. Длина лавы. Методом
косовичный ходок
экономико-математического
Рисунок 2. – Технологические схемы проведения и охраны
моделиро-вания
установлено,
откаточного (транспортного) штрека
что
рациональная
длина
очистного забоя при сплошной
системе разработки лава-этаж (лава-ярус) составляет 200-300 м с таким расчетом,
чтобы суточная нагрузка на лаву была в пределах 1000 т. Разумеется, что это
возможно только при наличии благоприятных горно-геологических условий.
4. Опережение между забоем откаточного штрека и лавой. В соответствии
с Нормами технологического проектирования (НТП) это опережение должно
быть не менее 150-200 м. Оно необходимо для удобства маневровых работ под
>6м
2
Лекции по "Технологии и оборудованию Горного производства" для АКиТ (16 часов).
12
погрузочным пунктом лавы, в забое откаточного штрека, а также для разведки
пласта. Проветривание длинного тупикового забоя производится при этом
вентилятором местного проветривания (ВМП), устанавливаемым на свежей струе
не ближе 10 м от входа в лаву. Оно осуществляется тем сложнее, чем выше
категорийность шахты. Поэтому на шахтах с высоким газовыделением
выдержать указанное опережение достаточно сложно, а его нарушение, в свою
очередь, приводит к взаимному сдерживанию в ведении очистных и
подготовительных работ.
Схема
проветривания
в
б
а
участка – возвратноточная и
осуществляется
в
последовательности:
1-5-2
(рис.1).
При
таком
проветривании имеют место
утечки
воздуха
через
выработанное пространство,
д
г
которое,
несмотря
не
предпринимаемые
меры
(выкладку чураковой стенки,
обмазывание ее и стыков
железобетонных тумб глиной
и др.), могут достигать
значений,
при
которых
Рисунок 3 – Технологические схемы расположения и охраны
нарушается
нормальное
вентиляционных штреков при сплошной системе разработки
проветривание лавы. При
лава–этаж (лава-ярус)
углях,
склонных
к
самовозгоранию, утечки способствуют возникновению пожаров в выработанном
пространстве.
Транспорт угля осуществляется по схеме (рис.1): 5-1. По лаве уголь
транспортируется скребковым конвейером, а по штрекам – рельсовым
транспортом.
Применению
прогрессивного
конвейерного
транспорта
препятствуют сложная гипсометрия пластов, не позволяющая иметь строго
прямолинейные выработки, сравнительно невысокие нагрузки на очистной
забой, а также необходимость систематического производства работ по
перекреплению штреков с подрывкой пород почвы. Раздельная выдача угля и
породы, имеющая большое значение для повышения качества добываемого угля,
также проще осуществляется при рельсовом транспорте.
Достоинства сплошной системы разработки лава-этаж (лава-ярус):
- общие для всех сплошных систем разработки (см.п.2.1);
- простота в геометрии горных выработок и минимальный объем их
проведения;
- простые схема транспорта на участке и схема его проветривания.
Недостатки системы:
- общие для сплошных систем (с.п.2.1);
- невысокая нагрузка на этаж (ярус), так как в крыле находится всего одна
лава;
Лекции по "Технологии и оборудованию Горного производства" для АКиТ (16 часов).
13
- трудности в проветривании верхней части лавы (ее "кутка"), особенно при
наличии просеков и верхней ниши.
Область применения: пласты мощностью до 0,9-1,0 м (на практике
применяется и до 1,5 м) с любыми углами падения, любой (включая
высокую) газоносности, не склонные к самовозгоранию, с устойчивыми
породами почвы. Для пластов с почвами, склонными к пучению,
применяются модификации системы с проведением штреков вслед за лавой,
охраной их бутовыми полосами или же с полевой подготовкой. В последнем
случае возможно применение системы и на пожароопасных пластах.
Перспективы ее применения постоянно сужаются в силу более низких
технико-экономических показателей по сравнению со столбовой. Сплошная
система
разработки
является
тормозом
для
применения
высокопроизводительных механизированных способов добычи угля, в том числе
механизированных комплексов оборудования и агрегатов на базе гидравлических
крепей, по причине отсутствия предварительной детальной разведки пласта.
Однако необходимо иметь в виду, что в различные периоды развития
общества и страны область рационального применения сплошной системы
разработки может меняться. Так, например, в условиях острого дефицита
финансовых, материальных и трудовых ресурсов (военного времени, в период
реформирования экономики, первоначального накопления капиталов бизнесструктурами и т.п.) применение сплошной системы разработки предпочтительно
и стратегически оправдано даже за пределами области ее оптимального
применения, так как она требует минимальных первоначальных капитальных
вложений, способствуя развитию производства.
3 СТОЛБОВЫЕ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ
3.1 Общие сведения
Столб - это массив П.И., оконтуренный со всех сторон
подготовительными выработками для последующей очистной выемки.
Система разработки, при которой запасы в пределах этажа, выемочного
поля, столба или яруса полностью оконтурены подготовительными
выработками перед началом ведения очистных работ, называется
столбовой.
При столбовых системах разработки подготовительные и очистные работы
разделены во времени и пространстве - в одном выемочном поле, ярусе или
этаже ведутся подготовительные работы, в другом - очистные. Отработка столба
ведется от границ шахтного или выемочного поля к бремсбергу;
подготовительные выработки поддерживаются в массиве П.И., по мере
отработки выемочного столба длина поддерживаемой части этих выработок
сокращается (в противовес сплошным системам разработки).
Отличительными признаками столбовых систем разработки являются:
- очистные и подготовительные работы разделены в пространстве и
времени;
Лекции по "Технологии и оборудованию Горного производства" для АКиТ (16 часов).
14
- выемочные выработки поддерживаются в нетронутом массиве угля или в
зоне установившегося горного давления и, как правило, погашаются вслед за
подвиганием очистных забоев;
- направление транспортирования угля по выработкам, примы-кающим к
лаве, и направление движения отработанной струи воздуха по ним совпадает с
направлением движения лавы.
Общими достоинствами всех столбовых систем являются:
- хорошее состояние транспортных выработок, располагаемых в массиве
угля, и незначительные затраты на их поддержание;
- отсутствие взаимных помех в работе по проведению выемочных выработок
и очистной выемке;
- детальная разведка пласта в период подготовки столбов об условиях его
залегания и возможность принятия необходимых мер при неблагоприятном
прогнозе;
- своевременное погашение выемочных выработок позволяет регулярно и
полно извлекать металлическую крепь;
- отсутствуют утечки воздуха через выработанное пространство, что
обеспечивает нормальное проветривание лавы и предупреждает возможность
самовозгорания угля в выработанном пространстве.
Общими недостатками столбовых систем разработки являются:
- большой объем проведения подготовительных выработок до начала
ведения очистных работ, что удлиняет сроки ввода их в эксплуатацию и требует
значительных единовременных капитальных затрат;
- сложность проветривания длинных тупиковых выработок в процессе их
проведения;
- подготовительные выработки поддерживаются как в период их
проведения, так и во время ведения очистных работ. На пластах с пучащими
почвами это приводит к дополнительным расходам на их поддержание. При
возможности обеспечения большой скорости подвигания очистных и
подготовительных выработок этот недостаток может отсутствовать;
- более сложное обслуживание горных работ со стороны технического
надзора из-за их разбросанности по шахте.
3.2 Система разработки длинными столбами по простиранию при
панельной подготовке шахтного поля
При панельной подготовке существует несколько вариантов столбовой
системы разработки, отличающихся друг от друга главным образом числом
очистных забоев в пределах панели (2-4) и схемами их проветривания. Выбор
числа лав в панели производится путем сопоставления рациональной нагрузки на
панель с рациональной нагрузкой на очистной забой.
Рациональная нагрузка на панель зависит от газообильности
разрабатываемых пластов и для шахт до III категории по газу находится в
пределах 2500-3000 т/сут, а для сверхкатегорийных – 2200-2500 т/сут. Нагрузка
на очистной забой колеблется в больших пределах – от 200 до 1000 т/сут. и
более. Следовательно, варианты с 2-я лавами принимают только в том случае,
когда они обеспечивают рациональную нагрузку на панель. В остальных случаях
Лекции по "Технологии и оборудованию Горного производства" для АКиТ (16 часов).
15
в панели размещается 3-4 лавы.
При
этом
необходимо
учитывать также: угол падения
пласта; схему проветривания
участка, в свою очередь
зависящую от угла падения и
газообильности пласта; схему
транспорта на участке и
глубину ведения горных работ,
оказывающих влияние на схему
вентиляции и поддержание
выработок.
Вариант с 2-я лавами в
панели (по одной на крыло)
представлен на рисунке 4, на
котором показано развитие сети
выработок,
проводимых
в
пределах
панели
для
1, 2 – соответственно главные откаточный и подготовки фронта очистных
вентиляционные штреки; 3 – нижняя приемно- забоев. Он предусматривает
отправительная площадка; 4, 5, 6 – соответственно
применение возвратноточной
панельные бремсберг, материальный и людской
ходки; 7 – посадочные площадки; 8, 9, 10 – схемы проветривания участка и
ярусных
штреков
соответственно
ярусные
штреки
для охрану
угля. По мере
вспомогательного транспорта, конвейерный и целиками
вентиляционный; 11 – лавы; 12 – обходные подвигания
лавы
ярусный
выработки; 13 – шурф
конвейерный
9
и
вентиляционный 10 штреки
Рисунок 4 – Система разработки длинными столбами
по простиранию с двумя лавами в панели и погашаются, а ярусный штрек
для
вспомогательного
возвратноточной схемой проветривания
транспорта 8 сохраняется для
использования в качестве вентиляционного при отработке нижележащего яруса.
Подготовка запасов всех последующих ярусов производится путем
проведения двух спаренных штреков 8' и 9' .
Транспорт угля в пределах панели осуществляется ленточными
конвейерами (под лавой устанавливается перегружатель) в последовательности:
11-9-4-1. По главному откаточному штреку он может осуществляться как
электровозным, так и конвейерным транспортом.
Вспомогательный транспорт по панельному ходку осуществляется с
помощью одноконцевого канатного подъема, а по ярусному штреку 8
монорельсовыми и напочвенными дорогами или же конвейерами.
Проветривание очистных забоев осуществляется в последовательности: 15,6-8,9-11-10-13. Отработанная (исходящая) струя направляется на бремсберг 4,
из него на ярусный вентиляционный штрек 10 и через шурф 13 выходит на
поверхность.
Недостатками этого варианты являются:
Лекции по "Технологии и оборудованию Горного производства" для АКиТ (16 часов).
16
- большой объем работ
по
восстановлению
и
ремонту
вентиляционных
штреков
в
связи
с
необходимостью
их
сохранения для вывода
исходящей
струи
к
панельному бремсбергу;
- загазирование верхней
части лавы при разработке
пластов
с
высокой
газоносностью;
- большие потери угля в
1, 2 – соответственно главные откаточный и целиках, размеры которых
вентиляционные
штреки; 3, 4 – соответственно возрастают с увеличением
панельные уклон и ходок; 5 – ярусный транспортный глубины разработки.
(конвейерный) штрек: 6 – ярусный вентиляционный
С переходом горных
штрек; 7 – лавы; 8 – фланговые вентиляционные сбойки
работ
на
глубокие
Рисунок 5 – Система разработки длинными
горизонты возрастают не
столбами по простиранию с проведением штрека вслед
за лавой и прямоточной схемой проветривания только потери угля, но и
естественная газоносность
(уклонная панель)
угольных пластов. Поэтому
на глубинах более 500 м переходят на бесцеликовые способы охраны
примыкающих к лавам выработок и прямоточное проветривание добычных
участков с подсвежением исходящей струи воздуха, обеспечивающее снижение
содержания метана до неопасных концентраций, а, следовательно, и рост
нагрузки на очистной забой. Вариант такой системы разработки показан на
рисунке 5, на котором, в отличие от рисунка 5, изображена уклонная панель с
отработкой запасов на глубоких горизонтах.
Особенностью этого варианта являются проведение у границ панели
фланговых вентиляционных сбоек для отвода исходящей струи воздуха и
ярусного штрека за лавой с отставанием от нее не менее чем на 60-180 м (за
зоной временного опорного давления) вприсечку к выработанному пространству.
Транспорт угля осуществляется при этом по схеме: 7-5-3-1, а проветривание
– 1-3,4-5,6-7-8-2.
Основными преимуществами рассматриваемого варианта по сравнению с
предыдущим являются:
- расширение области его применения на пласты с высокой газоносностью и
глубокие горизонты;
- снижение потерь угля в недрах;
- рост нагрузки на очистной забой, панель, пласт, а, следова-тельно, и
концентрации горных работ;
- сокращение объема проводимых выработок.
Его недостатками являются:
необходимость
поддержания
в
выработанном
пространстве
вентиляционного ярусного штрека и двух вентиляционных сбоек на флангах
панели;
Лекции по "Технологии и оборудованию Горного производства" для АКиТ (16 часов).
17
- сложность проведения штреков вприсечку к обрушенным породам из-за
отсутствия средств комплексной механизации производственных процессов.
КАМЕРНЫЕ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ
Это – отработка пласта п.и. короткими очистными забоями в
направлении от транспортной выработки к вентиляционной (прямым
ходом) с составлением между образующимися камерами постоянных
(неизвлекаемых) ц е л и к о в. Применяется при добыче нерудных п.и. –
каменные соли, горючие сланцы, стройматериалы, реже уголь (в основном в
США, Канаде, Австралии). Камерные системы характеризуются высокими
(до 30-50%) потерями, что ограничивает область их применения по
экологическому фактору.
Камеры могут ориентироваться под любым углом к линии простирания
пласта. Основные параметры камерной системы разработки - ширина целиков,
размеры камер и выемочных участков. Выбирают их с учетом обеспечения
поддержания кровли в камерах, сохранения целиков в течение всего периода
эксплуатации. Ширина междукамерных целиков -2-15 м, барьерных - 5-30 м.
Ширина камер 4-15 м и более, длина 50-З00 м и более.
Очистные работы могут вестись сразу на полную ширину камеры или
камера начинается с проходки устья с оставлением целиков для поддержания
штрека и последующим расширением забоя до необходимых размеров (рис.А).
Возможна также проходка узкой выработки от транспортерного до
вентиляционного штрека с последующим расширением камеры обратным ходом
(рис.Б). Выемка осуществляется буровзрывным способом (машинная или
скреперная погрузке, доставка скрепером, конвейером или самоходной
вагонеткой) или механизированная (комбайновая выемка, доставка конвейером
или самоходными вагонетками).
При крепких породах кровлю камеры не крепят, при менее устойчивых
применяют анкерную, реже стоечную крепь. Для обеспечения проветривания
камер за счет общешахтной депрессии, а также для устройства запасного выхода,
их соединяют между собой сбойками 4, проходимых о целиках через каждые 2025 м. Наибольшая эффективность камерной системы разработки достигается при
организации непрерывной, поточной выемке П.И. в камерах без крепления, с
использованием высокопроизводительных комбайнов с обычным или
дистанционном управлением и телескопических конвейеров.
Основные достоинства - высокие технико-экономические показатели, в
связи с малыми затратами на крепление, возможность высокой концентрации
горных работ, возможность отработки нарушенных пластов.
Недостатки - сложность проветривания, большие потери П.И., что делает
нецелесообразным
применение
камерных
систем
разработки
на
самовозгорающихся пластах.
С целью снижения потерь нередко применяется камерно-столбовая система
разработки (рио.24-В). На угольных шахтах камерно-столбовая система
разработки представляет собой двухстадийный процесс выемки П.И. При
проведении по пласту узких камер от транспортной до вентиляционной
выработки и частично извлечение междукамерных целиков короткими заходками
Лекции по "Технологии и оборудованию Горного производства" для АКиТ (16 часов).
18
между ними оставляются узкие (0,5-1м) целики. В очистных выработках
давление горных пород воспринимается массивом угля и оставленными
целиками, что исключает необходимость применения специальной крепи для
управления горным давлением.