Слайд 1
Министерство образования и науки
Республики Казахстан
Карагандинский государственный
технический университет
Кафедра «Разработка
месторождений
полезных ископаемых»
Дисциплина: «ПРОЦЕССЫ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ РАБОТ»
Для студентов специальности
5В070700 «Горное дело»
Авторы: д.т.н., профессор Дрижд Н.А.,
магистрант Ахматнуров Д.Р.
Слайд-лекция
Слайд 2
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЗВИТИИ ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНОЙ ДОБЫЧИ УГЛЯ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ И ВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД
Слайд 3Общие положения
Под технологией понимают совокупность процессов создания конкретных потребительных стоимостей
в определенных условиях окружающей среды. Технология как наука изучает процессы
взаимодействия средств труда с его предметами и окружающей средой при создании потребительных стоимостей.
В горнодобывающей промышленности предметом труда являются полезные ископаемые. В угольной промышленности главным предметом труда являются угольные пласты, а главной потребительной стоимостью — товарный уголь.
Основными процессами в технологии добычи угля считаются очистные работы (добывание), транспортирование добытого угля, его обогащение и отгрузка. Под добыванием будем понимать процессы выемки, погрузки и транспортирования угля в очистном забое.
Основные процессы включают в себя производственные процессы. Под производственным процессом понимают совокупность последовательных действий, направленных на достижение определенного результата и имеющих определенное технологическое и организационное содержание.
Производственный процесс представляет собой совокупность рабочих процессов.
Слайд 4Рабочий процесс — четко очерченная и отличающаяся по своей организационной
структуре и технологическому содержанию часть работы (например, возведение призабойной крепи).
Рабочие процессы, в свою очередь, делятся на операции.
Операция — совокупность рабочих действий (приемов), характеризующаяся однородностью технологического содержания, единством и неизменностью исполнителей, рабочего места, оборудования и рабочих приспособлений. Операции делятся на основные, вспомогательные и подготовительно-заключительные.
Основные операции вносят изменения в форму, положение или состояние объекта работы (предмета труда). Они определяют содержание и конечную цель процесса.
Вспомогательные операции сопутствуют основным, но не вносят изменений в форму, положение или состояние предмета труда (замена зубков на исполнительном органе комбайна, зачистка лавы и др.).
Подготовительно-заключительные операции связаны с подготовкой и уборкой рабочего места и оборудования в начале и конце смены или с завершением работы в течение смены (прием и сдача смены, осмотр и приведение в безопасное состояние рабочего места и др.).
Добыча угля включает в себя отдельные стадии производственного процесса, которые группируются по назначению и месту их выполнения. Различают очистные, подготовительные, транспортные и другие работы. Эти работы Можно условно изобразить в виде взаимного
Слайд 5расположения предметов труда, средств труда и окружающей среды.
Такое условное
изображение отдельных стадий технологического процесса называются технологической схемой.
Технологическая схема характеризует
технологический процесс, указывает порядок выполнения работ во времени, режим их проведения и средства их осуществления.
В связи с тем, что технологический процесс добычи угля включает в себя отдельные стадии, различают технологические схемы очистных работ, технологические схемы проведения выработок, технологические схемы подземного транспорта и т. д.
Технологические схемы производственных процессов могут изменяться при изменении как горно-геологических условий, так и средств механизации. Технологическая схема производственных процессов в очистном забое зависит от комбинации способов выемки и крепления. Поэтому возможные сочетания процессов в выемочном поле или по шахте в целом характеризуются большим разнообразием.
Отдельные процессы группируются по месту их выполнения. По этому признаку можно выделить три уровня производственных процессов шахты:
первый уровень — процессы в выемочном поле. Главными процессами на этом уровне являются работы, выполняемые в очистном забое, и транспортирование в выемочном поле. Вспомогательными процессами являются проведение и поддержание выработок, а также их
Слайд 6проветривание и осушение;
второй уровень — процессы в магистральных выработках, околоствольных
дворах и стволах. Здесь главными являются процессы транспортирования поv наклонным
и горизонтальным выработкам и в околоствольном дворе, а также подъем. Вспомогательными процессами являются водоотлив, проветривание и ремонт выработок;
третий уровень — процессы на поверхности шахты. На этом уровне главными процессами являются погрузка угля в железнодорожные вагоны, транспортирование породы и складирование.
Технологические схемы производственных процессов могут претерпевать изменения при изменении горно-геологических условий и средств механизации.
Слайд 7Схема процессов, выполняемых в шахте
Слайд 8Сдвижение массива вмещающих пород при выемке угля
Очистные работы вызывают деформации
пород кровли. Деформации могут проявляться в виде сдвижения пород без
разрыва сплошности, а также в виде трещин и разломов - с разрывом сплошности. При больших размерах выработанного пространства процесс сдвижения достигает поверхности.
В толще массива в направлении вверх от выработанного пространства можно выделить три зоны, характеризующиеся разной степенью нарушенности горных пород: обрушения, прогиба с нарушением сплошности слоев в виде трещин и плавного прогиба без нарушения сплошности слоев.
В зоне обрушения несвязное сдвижение отдельных кусков и блоков породы периодически повторяется по мере подвигания очистного забоя. При большой площади обнажения высота этой зоны составляет 2-4 мощности пласта. При управлении кровлей полной закладкой выработанного пространства зона обрушения может отсутствовать. Одновременно со сдвижением пород перераспределяются напряжения в массиве с образованием зон повышенного (опорного) давления и пониженного давления (разгрузки). Увеличение напряжений обусловлены зависанием слоев горных пород над выработкой и передачей части веса зависающих пород на неподработанный массив.
Слои горных пород над и под очистной выработкой разгружаются от горного давления.
Слайд 9вызвавшим сдвижения, в подработанной толще можно выделить три характерные зоны
(рис.): I - полных сдвижений (разгрузки); IIа, IIб -наибольшего прогиба;
IIIа и IIIб - сжатия пород (опорного давления).
Зона I ограничивается линиями, проведенными от границ выработки под углами полных сдвижений y1 и y2, однако вблизи отработанного пласта контур этой зоны не доходит до границ выработки. В пределах этой области находится зона обрушения 4. На участке СОД после окончания сдвижения породы занимают положение, параллельное первоначальному.
Зоны опорного давления IIIа и IIIб распространяются от границ сдвижения подработанного массива ЛБ и МЗ до линий ВГ и ЕК, проведенных через границы выработки. Между зонами полных сдвижений и опорного давления расположены зоны наибольшего прогиба пород IIа и IIб.
В породах почвы пласта образуются зоны опорного давления IVа и IVб, разгрузки IV и неравномерных поднятий Vа и Vб.
В зонах опорного давления породы сжимаются (эпюры 1), а в зоне разгрузки расширяются (эпюры 2) в сторону выработки.
Внешняя огибающая перечисленных зон образует контур влияния горной выработки АЛБИЗМЖ. Часть массива в области влияния очистной выработки, расположенная над пластом, называется подработанной, под пластом - надработанной. Соответственно этому различают, например, зоны разгрузки при подработке и надработке.
Слайд 10Схема сдвижений массива пород при очистной выемке
Слайд 11Строение, структура и слоистость массива горных пород
Строение массива горных пород
определяется условиями образования месторождения. Месторождения осадочного типа характеризуются обычно наличием
переслаивающихся пластов глинистых и песчаных сланцев, песчаников, известняков и других пород. Все горные породы рассекаются множеством трещин, которые разделяют горный массив на структурные блоки.
В зависимости от расположения отдельных слоев боковых пород относительно угольного пласта и способности их к обрушению и сдвижению различают ложную, непосредственную и основную кровлю и ложную, непосредственную и основную почву.
Ложной кровлей называют легко образующийся слой пород незначительной мощности (до 0,5-0,6 м), залегающий непосредственно над пластом угля. Обычно ложная кровля обрушается при выемке угля или через небольшой промежуток времени после выемки.
Непосредственной кровлей называют толщу пород над угольным пластом, которая легко обрушается при небольших обнажениях на некотором расстоянии от забоя при выбойке призабойной и переноске посадочной крепи. Мощность непосредственной кровли определяется мощностью систематически обрушающихся в выработанном пространстве пород после переноски посадочной крепи.
Слайд 12Основной кровлей называют толщу прочных пород, залегающую над непосредственной кровлей.
Породы основной кровли могут сохранять устойчивость при обнажении их на
большой площади.
Обрушаются они через некоторое время после обрушения непосредственной кровли.
Непосредственной почвой называют толщу пород, залегающую непосредственно под угольным пластом. Со свойствами непосредственной почвы связаны явления пучения, сползания ее на крутых пластах, а также вдавливания в нее крепи.
Основной почвой называют толщу пород, залегающую ниже непосредственной почвы.
Ложная кровля обычно состоит из углистых и слабых глинистых сланцев, непосредственная кровля чаще всего представлена песчано-глинистыми и глинистыми сланцами, а основная - известняками и песчаниками, реже - крепкими глинистыми сланцами.
Слайд 13Трещиноватость горных пород
Устойчивость горных пород, окружающих горную выработку, в значительной
степени зависит от их трещиноватости.
По своему происхождению трещины разделяются
на:1. эндогенные, образовавшиеся в результате физико-химических процессов, диагенеза; перекристаллизации, метаморфизма; 2. экзогенные, образовавшиеся в результате воздействия тектонических процессов. К этому типу относятся искусственные трещины, возникающие в породах в результате нарушения естественного состояния равновесия массива при ведении горных работ.
В зависимости от степени трещиноватости различают горные породы: нетрещиноватые; слаботрещиноватые - с одной системой трещин при расстоянии между ними более 1 м; среднетрещиноватые - с двумя системами взаимно пересекающихся трещин при расстоянии между ними более 1м; сильнотрещиноватые - с несколькими системами взаимно пересекающихся трещин при средней частоте расположения трещин до 0,5 м; весьма сильнотрещиноватые - с несколькими системами трещин, расположенных на расстоянии менее 0,2 м одна от другой.
Устойчивость пород кровли очистного забоя в большей степени зависит от угла между линией очистного забоя и направлением основной трещиноватости. Этот угол называют углом встречи. Одни и те же породы, слагающие кровлю, в зависимости от угла встречи могут быть устойчивыми или неустойчивыми. Это объясняется тем, что сдвижение пород кровли в первую очередь происходит по уже имеющимся трещинам.
Слайд 14Устойчивость обнажений горных пород
Свойство горных пород образовывать устойчивые обнажения при
ведении горных работ называется устойчивостью. Устойчивым считается такое состояние обнаженного
незакрепленного участка массива пород, при котором в течение необходимого по условиям производства времени не происходит обрушения или сползания пород, а величина смещения обнаженной поверхности или ее части не выходит за допустимые пределы.
Слайд 15Технологические характеристики угольных пластов
В соответствии с Правилами технической эксплуатации (ПТЭ)
угольные пласты по мощности разделяют на следующие группы: весьма тонкие
- до 0,7 м, тонкие от 0,71 до 1,2 м, средней мощности от 1,21 до 3,5 м, мощные - свыше 3,5 м. Мощность угольных пластов в значительной мере влияет на выбор средств комплексной механизации очистных работ, что обуславливает применение той или иной технологической схемы.
От угла падения пласта зависят характер проявления гравитационных сил и способ транспортирования угля в лаве. Поэтому при выборе выемочной машины, крепи и средств доставки угля следует учитывать критический угол падения пласта при условиях скольжения угля и металлических частей оборудования, приведенных в таблице 2. Угольные пласты по углу падения разделяют на четыре группы: пологие - до 18о, наклонные - от 19 до 35о, крутонаклонные - от 36 до 55о и крутые - от 56 до 90о.
Слайд 16Отжим и сопротивляемость угля резанию
Нормальное напряжение в угольном пласте до
проведения выработки равно давлению, оказываемому на этот пласт вышележащими горными
породами. В результате проведения выработки происходит перераспределение напряжений. Изменение напряженного состояния в зоне обнажения, в частности, появление сил бокового распора, может вызвать смещение пласта в сторону выработанного пространства. Если деформации растяжения достигают предельного значения, то развиваются трещины отжима, нормальные к плоскости напластования и параллельные обнаженной поверхности. Разрушение угля в этом случае происходит на куски столбчатой формы и может быть названо явным отжимом (зона I на рис., а). В остальной части зоны отжима деформации растяжения не достигают предельных значений и уголь в ней не подвергается заметному разрушению. Эта часть зоны распространения деформаций растяжения может быть названа зоной неявного отжима (зона II).
Под сопротивляемостью углей резанию понимают их способность противостоять воздействиям при резании.
В зоне отжима шириной Б сопротивляемость угля резанию иная, чем в глубине массива. Поэтому для практических расчетов применяют два показателя резания: сопротивляемость угля разрушению при резании А в неотжатой зоне массива;
Слайд 17
а - деформации угля в массиве; б - сопротивляемость угля
резанию; x - расстояние от забоя в глубь массива
Схема образования
отжима угля.
Величина А используется в качестве основного классификационного признака разрушаемости угля. Поскольку исполнительные органы выемочных машин частично или полностью разрушают уголь в зоне отжима, сопротивляемость резанию при ширине захвата машины r определяется из выражения:
Ав=10kотА
где kот - коэффициент отжима, учитывающий снижение сопротивляемости резанию в зоне отжима при данной ширине захвата по сравнению с сопротивляемостью резанию неотжатого массива.
Слайд 19Классификация способов выемки
Наиболее широкое распространение получила выемка угля механическим способом.
Она осуществляется или в длинных очистных забоях, или в коротких
забоях - камерах, заходках. В зависимости от способа выемки очистные забои могут иметь прямолинейную или уступную форму.
Различают широкозахватную (полосами шириной более 1 м) и узкозахватную (полосами шириной менее 1 м) выемку.
Разновидность узкозахватной выемки, при которой разрушение угля производится стругом, движущимся вдоль забоя и срезающим стружку шириной 0,1-0,2 м, называют струговой выемкой.
Схема выемки, при которой исполнительный орган обрабатывает всю поверхность забоя, а направление выемки угля совпадает с направлением подвигания забоя, называется фронтальной.
Схема выемки, при которой разрушение полосы угля производится машиной, передвигающейся вдоль забоя перпендикулярно к его подвиганию, называется фланговой.
Возможна комбинированная выемка, при которой самозарубка пласта производится в направлении подвигания забоя, а непосредственно выемка - в перпендикулярном направлении.
Слайд 20Технологическая схема выемки угля узкозахватным комбайном
Выемка угля очистными комбайнами
Очистным комбайном
называется машина, выполняющая операции по отделению угля от, массива, разрушению
его и погрузке на забойный конвейер.
Комбайны могут работать по односторонней схеме с холостым перегоном в исходное положение, по двухсторонней схеме с разворотом по концам лавы и по челноковой схеме при выемке угля в обоих направлениях.
Вследствие горно-геологических, горнотехнических условий применения и конструктивных особенностей машин и механизмов челноковая схема выемки имеет следующие недостатки:
при выемке угля комбайном, движущимся против вентиляционной струи, рабочие, выполняющие работы по оформлению забоя, передвижке конвейера, креплению лавы и т. д.,
Слайд 21
Односторонняя схема выемки угля комбайном
находятся в запыленной атмосфере;
на пластах с
высокой газоносностью снижается эффективность естественной дегазации угольного массива.
Кроме того, при
разработке пластов, опасных и угрожаемых по внезапным выбросам, необходимо, чтобы люди не находились на исходящей струе, так как в случае выброса они могут оказаться в зоне внезапного выделения метана.
Для повышения эффективности выемки угля при интенсивном отжиме угля, ложной кровле, резком изменении угла падения пласта на отдельных участках лавы и в других неблагоприятных условиях в настоящее время осуществляется переход на одностороннюю выемку.
Слайд 22Технологическая схема выемки угля комбайном на крутом пласте
Достоинства односторонней схемы
выемки следующие:
- механизация зачистки угля при обратном ходе комбайна
исключает необходимость присутствия человека между забоем и конвейером, что снижает производственный травматизм в очистном забое от обрушения угля и породы и уменьшает в 5-6 раз трудоемкость ручных работ по зачистке;
- при обратном ходе комбайн своими шнеками дополнительно дробит породу и уголь, снимает все неровности почвы, создавая благоприятные условия для передвижки конвейера к забою и уменьшая число остановок из-за аварий,
- в период выемки угля комбайном рабочие находятся на свежей струе, причем уголь при зачистке смачивается вторично, что значительно снижает пылевыделение;
- отсутствие рабочих на исходящей струе при выемке угля комбайном при
Слайд 23разработке выбросоопасных пластов;
- повышение эффективности естественной дегазации с поверхности угольного
массива за время, необходимое для перегона комбайна.
Недостатки односторонней схемы
выемки по сравнению с челноковой:
- увеличение времени работы комбайна по выемке полосы угля;
- увеличение (вдвое) пути передвижения по лаве машиниста комбайна и его помощника.
Односторонняя схема выемки обеспечивает повышение эффективности погрузки угля в лавах, работающих по восстанию, но не эффективна в лавах, отрабатываемых по падению на пластах с углом падения более 6°.
Слайд 24Технологические параметры очистных комбайнов
Конструктивные особенности, параметры комбайнов и схемы их
работы определяют область рационального их применения. Существующие в настоящее время
комбайны могут успешно применяться для выемки пластов мощностью от 0,45 до 3,2 м с углами падения от 0 до 90°. Однако, эффективность работы комбайнов, предназначенных для различных условий, неодинакова. Это объясняется трудностью создания машин для весьма тонких пластов, нерешенностью вопросов, связанных с операциями в конечных пунктах лавы, а также трудностью механизации сопутствующих процессов.
Важнейшим показателем; определяющим добычу и сортность добываемого угля является скорость подачи комбайна.
При фланговой схеме выемки добыча угля в единицу времени (в т/мин) определяется по формуле:
,
где V - площадь разрушаемого угля, м2; Vп - скорость подачи выемочной машины, м/мин; -плотность угля, т/м3.
В свою очередь:
где m
- мощность пласта, м; r -ширина захвата, м.
Таким образом, добыча угля в единицу времени зависит от двух регулируемых факторов - ширины захвата и скорости подачи комбайна. Так как комбайны выпускаются с заданной шириной захвата, производительность их зависит от скорости подачи.
Слайд 26Выемка угля струговыми установками
Одним из прогрессивных направлений развития технологии добычи
угля в длинных очистных забоях (лавах) является струговая выемка. Струговые
установки включают в себя струг, верхний и нижний приводы, тяговую цепь, забойный конвейер, гидро- и электрооборудование.
Сущность струговой выемки заключается в следующем. Струг при движении вдоль забоя скалывает зубьями стружку угля. Отделенный от забоя уголь лемехом наваливается на забойный конвейер. Корпус струга с зубьями и погрузочным лемехом передвигается вдоль забоя по направляющим, соединенным с рамой забойного конвейера. Вместе со стругом передвигается к поверхности забоя с помощью гидро- или пневмодомкратов забойный конвейер. Усилием передвижения конвейера регулируется подача струга на забой.
Кроме разрушения угля стругом и его погрузки на конвейер в цикл работ по выемке входят также оформление и крепление забоя, передвижка конвейера и приводных головок, подготовка верхней и нижней ниш.
К преимуществам выемки с применением струговых и скрепероструговых установок следует отнести: небольшие габариты машин, особенно по высоте, и более простое их конструктивное исполнение, обеспечивающее эффективную выемку тонких пластов; лучшую компоновку струга с конвейером и струговой установки с
Слайд 27механизированной крепью; минимальное удаление первого ряда крепи от забоя и
возможность надежного перекрытия выработанного пространства консольной частью механизированной крепи; отсутствие
привода, движущегося вдоль очистного забоя; работу в зоне наибольшего отжима при небольшой ширине захвата исполнительного органа; возможность работы без постоянного присутствия рабочих в забое; обеспечение более высокой сортности добываемого угля; меньшую запыленность воздуха и лучшие санитарно-гигиенические условия труда рабочих.
Недостатками струговой выемки являются неудовлетворительная управляемость стругов по гипсометрии пласта, что в ряде случаев приводит к оставлению земника, а также то, что плиты стругов при движении выталкивают в выработанное пространство значительное количество штыба (до 0,6 м3/мин).
Угольные струги делятся на две основные группы: струги статистического и динамического (активного) действия. Более широко применяются струги статического действия. У стругов динамического действия скалывающий нож приводится в движение приводом, встроенным в тело струга (проектируются и динамические струги без двигателей). При рабочем ходе струга вдоль лавы ему сообщаются колебательные движения (вибрационный струг) или же передаются ударные нагрузки (ударный струг), что способствует более интенсивному отделению угля от массива.
Слайд 28Компоновочная схема струговой установки со стругом статического действия.
Слайд 30Общие сведения
Крепление очистных забоев является одним из основных производственных процессов
при подземной разработке угля. От качественного и своевременного крепления очистного
забоя зависит не только производительная работа людей и механизмов, но и безопасность работ.
Крепь очистных забоев должна удовлетворять определенным техническим, производственным и экономическим требованиям.
К техническим требованиям относят: прочность устойчивость и жесткость крепи. Производственные требования: обеспечение выполнения в призабойном пространстве всех производственных процессов и пропуска через него необходимого количества воздуха, минимальная масса крепи, механизация ее установки и передвижки. Экономические требования: минимальная стоимость крепи и меньшие трудовые затраты на ее возведение, удаление, переноску или передвижку, надежность и долговечность крепи.
Слайд 31Механизированные крепи
Механизированной называют самопередвигающуюся крепь, преимущественно гидрофицированную, ограждающую призабойное пространство
и механизирующую процессы крепления, управления кровлей и передвижки забойного конвейера
(на пологих и наклонных пластах).
Применение механизированных крепей должно обеспечивать поддержание кровли в призабойном пространстве лавы, управление кровлей, защиту призабойного пространства от проникновения пород кровли, передвижение конвейера, поддержание кровли за комбайном с отставанием исполнительного органа последнего не более одного шага установки секции крепи.
Механизированная крепь должна обеспечивать скорость крепления очистного забоя не менее максимальной рабочей скорости комбайна. При этом должен оставаться свободный проход для людей шириной не менее 0,7 м и высотой 0,4 м.
По характеру взаимодействия с породами кровли и выполняемым функциям механизированные крепи разделяются на поддерживающие, оградительно-поддерживающие, поддерживающе-оградительные и оградительные.
В крепях поддерживающего типа главную роль играют поддерживающие элементы, предотвращающие обрушение кровли в
Слайд 32пределах рабочего пространства лавы. Оградительные элементы в этих крепях часто
отсутствуют, а если и имеются, то играют вспомогательную роль: они
не воспринимают вертикальных нагрузок от обрушенных пород кровли, а лишь препятствуют проникновению этих пород в рабочее пространство лавы.
В оградительно-поддерживающих механизированных крепях перекрытие одновременно поддерживает кровлю и ограждает рабочее пространство от обрушающихся пород. При этом основную роль играют оградительные элементы, выполненные в виде мощных ограждений.
Крепи поддерживающе-оградительного типа также имеют четко выраженные поддерживающие и оградительные элементы, однако основную роль играют поддерживающие элементы, а оградительные являются дополнительным средством защиты от проникновения обрушенных пород в рабочее пространство лавы.
Слайд 33
1, 2, 3, 4 – несущие, поддерживающие, опорные и оградительные
элементы соответственно.
Принципиальные схемы механизированных крепей
Слайд 34Крепи оградительного типа имеют только оградительные элементы, препятствующие проникновению обрушенных
пород кровли в рабочее пространство лавы.
Основной структурной единицей механизированной
крепи является линейная секция, которая сохраняет свою целостность при передвижении и состоит из верхнего перекрытия, гидравлических стоек (одной или нескольких), основания (или нижних опорных элементов) и гидродомкрата передвижения (одного или двух).
Большинство моделей механизированных крепей поддерживающего типа являются агрегатными или комплектными. Крепи оградительно-поддерживающего, поддерживающе-оградительного и оградительного типов являются только агрегатными.
Агрегатные механизированные крепи сравнительно легкоуправляемы, могут быть автоматизированы, однако их эксплуатация затрудняется при наличии даже небольших геологических нарушений. В этих условиях более маневренными являются комплектные крепи. В то же время управление комплектными крепями сложнее, а автоматизация их сильно затруднена из-за отсутствия общей взаимосвязи между секциями по длине лавы. Таким образом, на пластах с выдержанной гипсометрией целесообразнее использовать агрегатные крепи, а при наличии геологических нарушений - комплектные.
Секции механизированных крепей могут быть одностоечными, рамными и кустовыми, по числу рядов стоек могут быть однорядными,
Слайд 35двухрядными и трехрядными.
Основными схемами передвижения современных механизированных крепей являются:
- последовательная
с передвижением секций вслед за комбайном и с последующей фронтальной
передвижкой конвейера одновременно по всей длине лавы;
1 – перекрытие, 2 – стойки, 3 – основание
Принципиальные схемы секций механизированных крепей
Слайд 36- последовательная с передвижением секций непосредственно за проходом комбайна или
с отставанием от него за участком изгиба конвейера и с
передвижением конвейера "волной" вслед за комбайном;
- последовательная, при которой четные секции передвигаются за проходом комбайна, а нечетные - с отставанием от него за участком изгиба конвейера;
- последовательная с передвижением одной секции комплекта за проходом комбайна, а второй - за участком изгиба конвейера;
- последовательная в условиях крутых пластов, при которой за комбайном передвигаются основные секции (четные), а вспомогательные -блоками после выемки угля и спуска комбайна;
- одновременная с передвижением в лаве каждой третьей, четвертой и т.д., секций при струговой выемке.
При струговой выемке забой перемещается непрерывно, а перемещение секций на величину шага передвижения может быть осуществлено только после подвигания забоя по всему фронту на эту же величину. В связи с этим при струговой выемке более рациональными являются шахматная и групповая диагональные схемы
Основными параметрами механизированной крепи являются ее рабочее сопротивление на единицу площади поддерживаемой кровли (в Н/м2) и на 1 м посадочного ряда, коэффициент затяжки кровли, допускаемое давление на почву, коэффициент раздвижки стоек.
Слайд 37
а – линейная, б – шахматная, в- групповая диагональная
Варианты схем
передвижения секций при струговой выемке
Слайд 38Процесс крепления лавы
При механизированной крепи крепление совмещается с управлением кровлей
и сводится к управлению крепью. Производительность труда в лавах при
механизированной крепи, как правило, выше на 30-40 %, чем при работе узкозахватных комбайнов с индивидуальной крепью.
При работе механизированных комплексов с большими скоростями подачи комбайнов (до 6 м/мин) необходимо применять автоматизированное управление передвижной секции.
Скорость подачи узкозахватного комбайна, исходя из условий согласованной поочередной передвижки секций крепи и недопустимости отставания крепления от комбайна, определяется выражением:
,
где b- ширина секции с учётом зазора, м (b=0,95/1,35м в зависимости от конструкции крепи); Vпс - скорость передвижки секции, м/мин; Vкр - скорость крепления, м/мин.
Для обеспечения устойчивости работы комбайна желательно, чтобы скорость крепления была на 30% выше скорости подачи комбайна, что исключает возможность потери производительности в случаях отставания крепи (заштыбовка, слабая почва, обводненность).
Слайд 39Скорость крепления механизированной крепи:
,
где lкр - расстояние между центрами секций крепи вдоль лавы, м; tкр- нормативное время передвижки одной секции крепи, мин.
Процесс крепления при механизированных крепях разделяется на две операции: зачистку и передвижку секций крепи. Зачистка крепи осуществляется впереди комбайна и является подготовкой к передвижке крепи. В машинной лаве длиной Lм время на зачистку секций крепи (в мин) при расстоянии между секциями lкр определится из выражения:
,
где ккр- коэффициент, учитывающий состояние кровли; для кровли средней устойчивости ккр =1, для устойчивой кровли ккр =2 и для не устойчи-вой ккр =0,2.
Необходимое число рабочих для зачистки межсекционных зазоров:
,
Слайд 40где Тц - продолжительность цикла, или время, необходимое для снятия
одной полосы угля по всей длине лавы, мин,
,
где кг -
коэффициент готовности очистного забоя; Твсп - время на выполнение сопутствующих выемке вспомогательных операций, мин; к0=5 - коэффициент, учитывающий время отдыха рабочих, %; Тм - норматив времени на монтаж, демонтаж и перегон выемочной машины, т.е. на подготовку ее к выполнению следующего цикла.
Слайд 41Крепи сопряжений лавы
Общая площадь сопряжения лавы при узкозахватной выемке складывается
из следующих площадей: для верхнего сопряжения из площади ниши I
и площади II, необходимой для размещения головки забойного конвейера или струговой установки; для нижнего сопряжения из площади ниши III, нижней части лавы IV, необходимой для размещения головки забойного конвейера или струговой установки, и из площади V выработки, прилегающей к лаве.
Крепь сопряжений может быть индивидуальной или механизированной. Конструкция ее должна обеспечивать нормальное выполнение концевых операций выемочной машины и высокий первоначальный распор. Индивидуальная крепь должна возводиться заблаговременно, с опережением не менее 5-6 м, чтобы к моменту передвижки привода конвейера она успела набрать необходимое рабочее сопротивление и максимально препятствовала расслоению кровли. Чтобы обеспечить нормальные условия для укорачивания конвейерного става, штрек необходимо поддерживать на расстоянии не менее 2 м от привода конвейера в лаве в сторону завала. Недопустимо выбивка строек без предварительной установки металлических подхватов. Размеры свободного прохода для людей, а также необходимые зазоры принимаются согласно Правилам безопасности в угольных и сланцевых шахтах.
Слайд 42Общая площадь сопряжения лавы при узкозахватной выемке
Крепь сопряжения лавы состоит
из спаренных балок 1, которые хомутами прикрепляются к элементам крепи
выработки, прилегающей к лаве, и гидравлических стоек 2. Балки сдвинуты одна относительно другой на шаг передвижки забойного конвейера. Под каждую балку устанавливают четыре гидравлические стойки. Перед передвижкой забойного конвейера гидравлические стойки извлекают, при этом призабойное пространство поддерживается жесткими верхняками, опирающимися по концам на гидростойки. Крепь сопряжений устанавливают по оси выработки при сводчатой форме крепи и со стороны лавы при трапециевидной форме.
Мехкрепи сопряжений могут быть автономными или кинематическими связанными с призабойной крепью. Они обеспечивают поддержание сопряжения и части штрека. Длина крепей изменяется от 6 до 9 м, рабочее сопротивление и их секции - от 980-2600кН.
Слайд 43
Примерный паспорт крепления сопряжения при арочной форме выработке
Слайд 44Примерный паспорт крепления лавы при длине верхняка, равной ширине захвата
шнека комбайна
Примерный паспорт крепления лавы при струговой выемке
Слайд 45Влияние производственных процессов на характер взаимодействия крепи с породами кровли
Основными
производственными процессами, оказывающими влияние на взаимодействие крепи с породами кровли,
являются выемка угля, крепление забоя и управление кровлей.
Оптимальные условия взаимодействия крепи с породами кровли могут способствовать достижению высоких технико-экономических показателей работ. Основным показателем количественной оценки состояния пород и их взаимодействия с крепью является величина опускания кровли, или скорость ее опускания. Общее опускание кровли в очистном забое складывается из опускания ее вследствие работы комбайна, передвижения или переноски крепи, а также опускания кровли в период отсутствия производственных процессов. Во время работы комбайна увеличивается площадь обнаженной кровли и соответственно изменяется напряженное состояние массива пород. Изменение напряжений в породах приводит к их деформации, которая проявляется с разной скоростью в зависимости от уровня напряжений и от расстояния до комбайна. Максимальные скорости опускания кровли наблюдаются непосредственно вблизи места работы комбайна, с удалением от нее они уменьшаются.
Размеры зоны влияния выемки зависят от ширины захвата комбайна, типа, параметров и скорости установки крепи, скоростей подачи комбайна и др.
Слайд 46Зона влияния выемки на смещение пород впереди и позади забоя,
а также по падению и восстанию (по проф. А.А. Борисову)
показана на рисунке, ориентировочные размеры этой зоны для средних условий: r1=r2=5 - 20 м; r3 = 20 - 60 м; r4 = 20 - 40 м. Примерные соотношения размеров r1=r2; r3=(2 - 3) r1; r4=2r1. При обнажении новых площадей кровли проявляются упругие деформации, деформации ползучести и разрушения пород. Опускание кровли вследствие деформаций упругости и ползучести практически невозможно предотвратить. Однако расслоение пород и их разрушение могут быть значительно уменьшены путем своевременной установки крепи с необходимым распором. Чем на большем расстоянии от комбайна она будет установлена, тем больше будут расслоение и разрушение пород кровли и потеря ее устойчивости.
Зона влияния выемки на смещения пород.
Слайд 47Большое влияние на взаимодействие крепи с породами кровли оказывает ширина
захвата выемочной машины. При большой ширине захвата изгиб кровли в
призабойной зоне происходит на участке шириной до 1,5 м. При малой ширине при том же подвигании крепление производится 2-3 раза. Двух- или трехкратное приложение нагрузки к породам кровли при равном подвигании очистного забоя создает попеременно возникающие растягивающие и сжимающие усилия в нижних слоях непосредственной кровли и увеличивает потенциальную возможность более быстрого разрушения пород.
Большое влияние на взаимодействие пород и крепи очистного забоя оказывает тип крепи. Абсолютные величины опускания кровли в очистных забоях на пластах пологих, тонких и средней мощности при механизированных крепях на 25-30 % меньше, чем при индивидуальной крепи. Объясняется это более высоким начальным распором и рабочим сопротивлением механизированных крепей, увеличенной площадью опорных поверхностей их перекрытий и оснований, не допускающих вдавливания крепи в боковые породы. Несмотря на то, что величины смещений в очистных забоях, оборудованных механизированной крепью, меньше, чем в забоях с индивидуальной крепью, состояние кровли в последних может быть лучше. Это связано с частыми передвижениями механизированных крепей.
Тип применяемой крепи оказывает также влияние на распределение смещений кровли при различных производственных процессах. При механизированных крепях процесс их передвижения оказывает
Слайд 48значительно большее влияние на величину опускания кровли, чем выемка угля.
Это объясняется тем, что при индивидуальной крепи извлекаются и переносятся
только последние ее ряды от забоя, а на остальной части ширины призабойного пространства крепь поддерживает кровлю с достаточно высоком рабочим сопротивлением. Секции же механизированной крепи при передвижении к забою разгружают кровлю по всей ширине призабойного пространства и она поддерживается лишь за счет сопротивления соседних секций.
Исследования ИГД им. А.А.Скочинского показали, что при одинаковом сопротивлении крепи последовательная схема передвижения обеспечивает уменьшение величины опускания кровли на 27-32 % по сравнению с шахматной схемой. Это является следствием того, что при шахматной схеме во время передвижения крепи сопротивление ее в целом по лаве уменьшается в два раза.
При последовательной схеме секции могут передвигаться непосредственно за комбайном или с отставанием от него на величину участка изгиба конвейера. При передвижении крепи непосредственно за комбайном выемка угля и передвижение крепи влияют на состояние кровли одновременно на одном участке. Это ведет к резкому повышению напряжений и, как следствие, к увеличению скорости опускания кровли (в 1,3-1,9 раза). Кроме того, при этом необходимо поддерживать увеличенную ширину призабойного пространства на величину шага передвижения крепи по всей длине лавы, что ухудшает условия поддержания кровли в лаве.
Слайд 50Общие сведения о способах управления кровлей в очистных забоях
При очистных
работах нарушается равновесие пород, они деформируются, растрескиваются и могут обрушиться
в выработку.
Для предотвращения значительных деформаций и обрушения пород в рабочем пространстве применяют различные мероприятия по регулированию проявлений горного давления. Эти мероприятия составляют один из важнейших производственных процессов очистной выемки и носят название управление горным давлением. В длинных очистных забоях пологих и наклонных пластов управление горным давлением в основном сводятся к управлением давлением пород кровли пласта, или к управлению кровлей.
Способы управления кровлей разделяют на три группы:
- естественное поддержания очистного пространства;
- обрушение пород кровли в выработанное пространство;
- искусственное поддержание кровли в выработанном пространстве.
Естественное поддержание очистного пространства осуществляется за счёт естественной устойчивости окружающих пород и ещё не выработанных целиков угля. Для регулирования деформации кровли при этом принимаются соответствующие форма и размеры очистного пространства, а также размеры и расположение целиков.
Обрушение кровли может производиться либо по всей площади
Слайд 51выработанного пространства, либо частично заранее запланированных местах. В первом случаи
управление кровлей называют полным обрушением, во втором частичным обрушением. При
полном обрушении породы кровли могут опускаться на почву либо беспорядочна, либо на большой площади без больших разрывов и трещин. В последнем случае опускание кровли называют плавным опусканием. Полное обрушение заключается в периодическом по мере подвигания очистного забоя обрушения пород кровли за пределами призабойного пространства с целью уменьшения давления на крепь. Производится оно путем удаления при забойной и специальной крепи в той части призабойного пространства, которое нет необходимости поддерживать для обеспечения нормальной работы людей и механизмов. Расстояние, через которое производится искусственное обрушение, называется шагом посадки. При установке индивидуальной крепи в очистном забое шаг посадки определяется опытным путем и применяется кратным полезной глубине вруба.
При передвижной механизированной крепи шаг посадки зависит от ёё конструкции и свойств массива пород кровли. В свою очередь, тип крепи и ёё параметры выбирают в зависимости от свойств пород кровли и мощности пласта. Процесс крепления очистного забоя и управления кровлей полным обрушением является единым. Породы кровли вслед за подвиганием механизированной крепи обрушаются стихийно.
При обрушения пород непосредственно кровли их объём увеличивается и они могут полностью подбучивать породы основной
Слайд 52кровли. Отношение объёма обрушенной породы V1 к объёму её в
массиве V2 называется коэффициентом разрыхления. Для различных пород он имеет
разные значения.
,
В связи с уплотнением обрушенных пород под действием веса вышележащих пород кp уменьшается во времени. Максимальному уплотнению пород соответствует минимальный коэффициент разрыхления. Он обычно превышает единицу и называется остаточным коэффициентом разрыхления.
Обрушенная порода будет подбучевать основную кровлю при условии:
крhнк = hнк+m,
где hн.к - мощность пород непосредственной кровли, m - мощность пласта, м.
При расчетах обычно используют остаточный коэффициент разрыхления, равный для глинистых и песчаных сланцев 1,10 - 1,15. При kp=1,15 hн.к /m=6,5 и обрушенные породы подбучевают основную кровлю.
Чем меньше отношение hн.к /m ,тем больше интенсивность вторичных
Слайд 53осадков кровли и тем более прочными должны быть призабойная и
специальная крепь.
Искусственное поддержание кровли в выработанном пространстве заключается в
уменьшении давления горных работ на призабойнную крепь путем создания искусственной опоры под нависающими консолями пород кровли. Для этого выработанное пространство может заполняться различными закладочными материалами, которые, заполнив выработанное пространство, образуют закладочный массив. Комплекс работ по возведению закладочного массива называется закладкой.
Различают самотёчный, пневматический, механический, гидравлический и комбинированные способы закладки. Под самотёчной закладкой понимается такой способ, при котором закладочный материал поступает выработанное пространство под действием собственного веса. При механической закладки применяются специальные механизмы для доставки, прессования и трамбовки закладочного материала. При пневматической закладке материал транспортируется по трубопроводам и укладывается выработанное пространство под действием энергии сжатого воздуха. Под гидравлической закладкой понимается комплекс работ по доставке закладочного материала и его укладке в выработанное пространство с помощью гидравлической энергии. Сущность комбинированных способов заключается в сочетании основных механизированных способов закладки.
Закладка выработанного пространства способствует уменьшению смещений кровли в призабойном пространстве, устранению утечек
Слайд 54воздуха через выработанное пространство, повышению устойчивости горных выработок и предотвращению
подработки зданий и сооружений на поверхности.
Закладка может быть полной
и частичной. Последняя заключается в заполнении части выработанного пространства породой, получаемой из специальных бутовых штреков.
Каждый из способов управления кровлей имеет свои достоинства и недостатки и может применяться в определенных горно-геологических условиях. Одним из критериев для выбора способа управление кровлей является управляемость кровли. Кроме того, при этом учитываются такие факторы, как мощность пласта, его строение, скорость подвигания очистного забоя, склонность пласта к самовозгоранию, застройка поверхности и др.
Слайд 55Полное обрушение кровли
Полное обрушение кровли на пологих пластах может быть
осуществлено путем: искусственного разрушения крепи за пределами призабойного пространства; искусственного
разрушения кровли; произвольного разрушения кровли; произвольного разрушения кровли.
Искусственное разрушение крепи за пределами призабойного пространства может производиться ручным, механизированным и взрывным способами.
Искусственное разрушение кровли (принудительное обрушение) производится взрывным способами. При произвольном разрушении кровли различают: произвольное разрушение закрепленной и обнажённой кровли. Последняя характерна для очистных забоев, оборудованы механизированными крепями. В этом случаи выделяют две группы: без ослабления кровли и с предварительным ослаблением кровли.
Предварительное ослабление кровли применяют при устойчивых породах и осуществляют с помощью буровзрывных работ, гидрообработка пород кровли и предварительной подработки пласта.
Применение механизированных крепи в очистных забоях объединяет два процесса - крепление и управление кровлей. При передвижении секций механизированной крепи производится одновременное крепление призабойного пространства и извлечения крепи из выработанного
Слайд 56пространства. При этом сопротивления механизированной крепи должно обеспечивать устойчивость пород
кровли над призабойном пространством и обрушение их выработанном пространстве.
Одним
из ограничений применения механизированной крепей в настоящее время является наличие труднообрушающихся кровель и вторичные осадки.
На пластах с трудноуправляемыми кровлями, включающими туднообрушающиеся непосредственные кровли, а также сочетание легкообрушающихся непосредственных кровель определённой мощности с труднообрушающимися основными кровлями значительной мощностью, при применении комплексов оборудования с механизированными крепями периодически происходят завалы лав, что приводит к деформации крепи и повышенному травматизму рабочих, обслуживающих комплекс.
Для уменьшения влияния осадков трудноуправляемых кровель могут применяться крепи с повышенным сопротивлением.
Для обеспечения нормального режима работы механизированной крепи в период первичной посадки, а в некоторых условиях и при вторичных посадках необходимо применять специальные мероприятия.
В качестве такого мероприятия может применяться принудительная первая посадка прочных пород методом взрывания зарядов ВВ в длинных скважинах, расположенных параллельно забою. В результате взрывания нижние слои прочной кровли распадаются на части различной
Слайд 57длины с разной степенью деформации. В результате кровля обнажается по
частям, а не одновременно по всей площади обнажения, исключая возможность
возникновения воздушного и динамического ударов.
При посадке кровли методом взрывания зарядов в длинных скважинах длина скважин (в м) определяется по формуле:
,
где l0 - длина скважины от устья до начала лавы, м; L- длина лавы, м; lу- возможная величина уменьшения длины скважины по сравнению с длиной лавы; lу=20…30 м; nскв- порядковый номер скважины вертикального веера.
Угол заложения скважин (в градусах):
,
где а - угол падения пласта, градус; hнk - мощность непосредственной кровли, м; ω - максимальное значения л.н.с., м; для пород с f=9 - 14 по шкале профессора М. М. Протодьяконов ω =10 м; 4- расстояния от устья скважины до контакта пласта с породами кровли, м; принимается со знаком минус, если устье скважины располагается выше пласта, и со знаком плюс, если оно располагается ниже указанного места.
Слайд 58
Основные параметры БВР при посадке кровли методом взрывания зарядов в
длинных скважинах
Слайд 59При управлении кровлей частичной закладкой непосредственная и основная кровли поддерживаются
бутовыми полосами, возводимыми из породы, получаемой от подрывки кровли или
почвы в бутовых штреках.
В большинстве случаев производится подрывка кровли, так как при этом легче выкладывать бутовую полосу, поскольку не нужно поднимать породу из штрека на уровень почвы пласта. При залегании в кровле прочных пород и большом газовыделении, когда в верхней части штрека возможно скопление метана, осуществляют подрывку почвы пласта.
Бутовые полосы выкладывают по мере подвигания очистного забоя на расстоянии одна от другой, равном устойчивому пролету пород кровли (до 12 м). Ширина бутовой полосы на пологих пластах принимается равной 4-6 м, но не менее 3-5-кратной мощности пласта. Ширина бутового штрека (в м) определяется по формуле:
,
где m - мощность пласта, м; lб.п - ширина бутовой полосы, м; hп- высота подрывке в бутовом штреке ( hп=0,8-1 м ); к- коэффициент разрыхления породы при закладке (к=2,2).
Ширина бутовых полос, располагаемых по простиранию, на крутых пластах принимается 6-15 м в зависимости от устойчивости пород кровли.
Слайд 60
Управление кровлей частичной закладкой на пологих пластах.
Слайд 61Плавное опускание кровли
Управление кровлей плавным опусканием применяется при наличии в
кровле пород, способных плавно опускаться на почву без значительных нарушений,
при почве, склонной к пучению. На пологих пластах этот способ применяется при их мощности, не превышающей 1 м.
В качестве специальной крепи применяется один, два ряда костров, переносимых вслед за подвиганием забоя. При деревянной крепи последнюю не извлекают оставляют выработанном пространстве.
Управление кровлей плавным опусканием.
Слайд 62Управление кровлей полной закладкой
Область применения
Полная закладка выработанного пространства применяется при
выемки угля под застроенными территориями, промышленными сооружениями и природными водными
объектами, при разработке пластов трудноуправляемыми вмещающими породами и пластов, склонных к внезапным выбросам угля и газа, а также с целью противопожарных мероприятий и охраны подготовительных выработок. Одной из причин, вызывающих необходимость применения закладки выработанного пространства, является необходимость выемки запасов угля под застроенными территориями и охраняемыми объектами.
Кроме того, закладка выработанного пространства необходима для управлением горным давлением и газодинамическими процессами, особенно при работе при больших глубинах, где управление горным давлениям усложняется, особенно при труднообрушающихся породах кровли и склонных к сползанию породах почвы. С увлечением глубины разработки число угольных пластов, склонных к внезапным выбросам угля и газа, возрастает.
Слайд 63Закладочные материалы
Для закладки применяется песок, гравий или коренные скальные породы,
добытые на поверхности в специальных карьерах. Закладочный материал может быть
получен и непосредственно в шахте, причем он обходится в 4 раза дешевле материала, добытого в карьере. В качестве закладочного материала может быть использован шлак металлургических заводов, отходы обогатительных фабрик, а также порода шахтных отвалов. Использование последней на ряду со снижением расходов на закладку позволяет очистить воздух, в который выделяются продукты горения отвала, и освободить большие площади земной поверхности.
Выбор закладочного материала определяется двумя видами факторов: геомеханическими и технологическими. К геомеханическим относятся глубина разработки угольных пластов. Угол из залегания и мощность, сближенность пластов, назначение закладочного массива, к технологическим - система разработки, технология очистных работ, вид транспорта закладочного материала.
Будучи помещенным в выработанное пространство закладочный материал под влиянием горного давления и собственного веса с течением времени уплотняется и уменьшается в объеме, т.е. дает усадку. Величина его усадки зависит как от свойств самого материала, так и от степени первоначального уплотнения его в период укладки.
При работе с закладкой для охраны поверхности допустимая усадка
Слайд 64закладочного массива равна 15-25% в зависимости от мощности угла залегания
пластов, глубины разработки и категории охраняемого объекта. При применении закладки
для управлением горным давлением на пластах трудноуправляемыми вмещающими породами усадка закладочного массива не должна превышать 25%.
Закладочный материал должен удовлетворять следующим основным требованиям:
- содержание горючих в нем не должно превышать 20%, кроме того, он не должен выделять вредных газов в выработанное пространство;
- после укладки в выработанное пространство он должен давать минимальную усадку под давлением и обладать по возможности связностью;
- он должен быть дешевым, поэтому необходимо ориентироваться на местные закладочные материалы, чтобы исключить дорогостоящие их перевозки.
Для заполнения определенного объема выработанного пространства необходимо иметь закладочного материала в 1,5-2,5 раза меньше того объема, который занимал уголь в нетронутом массиве. Если считать по массе, то сугубо ориентировочно на 1 т добытого угля расходуется 1 т закладочного материала.
Кроме общих требований к закладочному материалу предъявляется ряд требований, связанных с видом применяемой закладки:
- при гидравлической, пневматической и механической закладке он
Слайд 65должен обладать минимальной абразивностью, что уменьшает износ металлических труб и
резиновой ленты;
- при пневматической и механической закладке закладочный материал
должен содержать минимальное количество пылеватых фракций для снижения пылеобразования;
- при гидравлической закладке закладочный материал должен хорошо отдавать воду и не размокать в ней; содержание глинистых фракций в закладочном материале не должно превышать 10%, так как они выносятся водой в виде шлама и загрязняют выработки, ускоряют заполнение водоотстойников и т.д.
Большое содержание глины нежелательно при всех способах закладки. При увлажнении глина приобретает свойства пластичности и текучести, что вызывает значительное давление закладочного массива на перемычки и отшивку и может привести к прорыву закладочного материала из выработанного пространства в горные выработки. Однако добавление глины в ограниченном количестве (в пределах 10%) способствует повышению качества закладочного массива, так как повышает его воздухопроницаемость, увеличивает плотность и слеживаемость.
Максимально допустимый размер кусков закладочного материала при пневматической и гидравлической закладке - 60 - 80мм, а при самотечной и механической -200-250 мм.
При самотечной закладке наибольший размер кусков определяется
Слайд 66главным образом условиями безопасности работ, так как при кусках более
200-250 мм наблюдаются случаи повреждения отшивки и крепи в выработанном
пространстве.
При пневматической закладке наличие кусков закладочного материала размером более 60 мм и мелких фракции (от 0 до 3-5мм) приводит к частной закупорке закладочного трубопровода.
Содержание в закладочном материале при гидравлической закладке кусков породы более 60 мм вызывает увеличение усадки закладочного материала, резкое повышение удельного расхода воды, повышенный износ труб и требует увеличения диаметра закладочного трубопровода.
Оптимальные размеры кусков закладочного материала: при самотечной закладке - до 100 мм, при пневматической и механической -20-50 мм, при гидравлической – менее 20 мм. Лучшим для гидравлической закладки является чистый кварцевый песок.
В естественном состоянии закладочный материал редко удовлетворяет указанным требованиям. Поэтому кроме обычной его переработки (дробление, рассев) производят шихтовку, т. е. образуют смесь из закладочных материалов, имеющих различные физико-механические свойства. На практике используются и таким приемом, как закладка особо ответственных участков и узлов около горных выработок более качественным материалом.
Процесс приготовления закладочных материалов сводится к дроблению и сортировке исходного сырья. Дробильно-сортировочные
Слайд 67установки бывают поверхностными и подземными. Поверхностные установки разделяют на стационарные
и передвижные. Стационарные дробильно-сортировочные установки могут обслуживать как одну, так
и несколько шахт. Установка состоит из опрокидов, приемных бункеров, питателей, соединительных конвейеров, дробилок и классификаторов.
Доставка закладочных материалов на дробильно-сортировочные установки осуществляется железнодорожным и автомобильным транспортом. Закладочный материал аккумулируется в бункерах. Полученная в шахте порода может либо выдаваться на поверхность и подвергаться обработке, либо подготавливаться на подземных дробильно-сортировочных установках.
Слайд 68Самотечная закладка
Самотечная закладка широко применяется на крутых пластах. Доставка закладочного
материала по выработкам вентиляционного горизонта может производиться локомотивами в вагонетках
с глухим кузовом, с боковой или донной разгрузкой, ленточными конвейерами, конвейерными поездами. Возможны также их сочетания.
При самотечной закладке закладочный материал поступает в выработанное пространство и распределяется в нем под действием собственного веса. Уплотнение закладочного массива в начальной стадии его возведения происходит за счет силы тяжести падающих или скатывающихся кусков закладочного материала, а в дальнейшем — под действием веса вышележащих слоев закладочного массива.
Если закладочные материалы доставляются с поверхности, то технологическая схема предусматривает следующие звенья их транспортирования: спуск в шахту, откатка по горным выработкам и самотечная доставка в пределах очистного забоя.
Закладочный массив возводится в отработанной полосе шириной 6—10 м после ее отшивки. Наряду с отшивкой возводится вспомогательная крепь, на сооружение которой затрачивается при слоевой выемке мощных пластов до 25—30 чел-смен на 1000 т добытого угля. В среднем же на подготовку выработанного пространства к закладке затрачивается 30—60 % времени, расходуемого на выемку угля.
Слайд 69При разработке тонких крутых пластов закладочный массив может располагаться либо
под углом естественного откоса, либо параллельно забою. В последнем случае
применяют специальные жесткие или передвижные ограждения.
Жесткое ограждение представляет собой стенку из стоек и отшивки из досок или проволочной сетки. Жесткое ограждение сооружается на полную мощность пласта.
Процесс возведения закладочного массива с применением передвижного ограждения заключается в периодическом перемещении ограждения по мере подвигания забоя и засыпке закладочного материала за ограждение. Ограждение выполняется из металлической сетки и конвейерной ленты, длина его на 2—4 м меньше длины уступа. Передвижка ограждения может производиться одновременно в нескольких уступах, а при прямолинейном забое оно передвигается последовательно сверху вниз. Выработанное пространство у вентиляционного штрека и в самом штреке закладывается механическим или пневматическим способом.
Самотечную закладку рекомендуется применять при разработке пластов с углами падения более 40°, когда не подрабатываются ответственные объекты.
Достоинства самотечной закладки: невысокие затраты на работы; небольшое количество применяемого оборудования, что позволяет организовать закладочные работы в короткие сроки с небольшими
Слайд 70Возведение закладочного массива в потолкоуступном забое при наличии передвижного ограждения
капиталовложениями;
сравнительно нежесткие требования к закладочному материалу.
Затраты на самотечную закладку определяются
расходами на транспортирование закладочных материалов, а также стоимостью самих закладочных материалов. Трудоемкость работ при самотечной закладке не превышает 50 чел-смен на 1000 т добычи. Затраты на возведение 1 м3 массива составляют от 0,75 до 1 руб.
Недостатками самотечной закладки являются ограниченная область ее применения и невысокая плотность закладочного массива (усадка его достигает 20—40 %).
1 – призабойные стойки, 2 – якорное устройство, 3 – распорные стойки на ограждении, 4 – ограждение, 5 - направляющие рештаки для спуска угля
Слайд 71Пневматическая закладка
Технологическая схема пневмозакладочных работ включает в себя следующие производственные
процессы: добычу пустых пород для закладки, подготовку закладочного материала (дробление,
грохочение и шихтовка), транспортирование закладочного материала до закладочной машины, пневмотранспортирование и возведение закладочного массива.
При пневмозакладке возможны следующие технологические схемы.
с расположением дробильно-сортировочной установки (ДСУ) и пневмозакладочной машины в подземных выработках ;
с расположением дробильно-сортировочной установки на поверхности и пневмозакладочной машины в подземных выработках ;
с расположением дробильно-сортировочной установки и пневмозакладочной машины на поверхности.
Первая схема применяется в условиях Донецкого бассейна, где важно уменьшение объема выдаваемой горной породы из шахты на поверхность при разработке тонких пластов. По второй технологической схеме предусматриваются приготовление закладочного материала на поверхности, спуск его в шахту по ребристому трубопроводу и доставка до пневмозакладочной машины обычным механическим способом.
По третьей схеме можно осуществить бесперегрузочный пневмотранспорт по схеме поверхность — очистной забой и вести
Слайд 72
1 — опрокид, 2 — магистральный воздухопровод, 3 — бункер-конвейер,
4 — ленточные конвейеры, 5 — участковый водопровод, 6 —
участковый воздухопровод, 7 — пневмозакладочная машина, 8 — пневмозакладочный трубопровод, 9 — пневмозакладочный забойный распределительный трубопровод
Технологическая схема пневматической закладки с расположением дробильно-сортировочной установки в подземных выработках
Слайд 73
1 — компрессорная станция, 2 — качающийся питатель, 3 —
трубчатый ребристый спуск, 4 — кулачковый качающийся питатель, 5 —одновалковая
дробилка, 6 — ленточный конвейер 2Л100, 7 — воздухопровод магистральный d 250 мм; 8 — бункер-конвейер БКЗ, 9 — ленточный конвейер 1ЛТ100, 10 — участковый воздухопровод d 150 мм, 11 — водопровод участковый d 80 мм, 12 — пневмозакладочная машина ПЗБ, 13 — пневмозакладочный трубопровод
d 200 мм, 14 — пневмозакладочный забойный распределительный трубопровод d 200 мм
Технологическая схема закладки с расположением ДСУ на поверхности и пневмозакладочной машины в подземной выработке
Слайд 74
1 — склад закладочного материала, 2 — качающийся питатель, 3
— ленточный конвейер, 4 — пневмозакладочная машина, 5 — генератор
сжатого воздуха, 6 — склады горючего, 7 — магистральный пневмозакладочный трубопровод, 8 — воздухопровод d 100 мм, 9 — участковый воздухопровод d 80 мм, 10 — пневмозакладочный забойный распределительный трубопровод d 225 мм
Технологическая схема пневматической закладки при размещении дробильно-сортировочной установки (ДСУ) и пневмозакладочной машины на поверхности
Слайд 75Схема работ в лаве при возведении закладочной полосы
1 –
машина, 2 – конвейер, 3 – трубопровод, 4 – монтируемая
линия
Слайд 76Для применения механизированных комплексов с закладкой выработанного пространства созданы трубопроводы,
передвигаемые без разборки. Закладочный материал подается в полосу через боковые
выпускные отверстия. При этом создается плотный закладочный массив с высокой несущей способностью, так как закладываются узкие полосы при небольшом расстоянии от выпускного отверстия до откоса закладки.
На рисунке представлена технологическая схема выемки гонкого пологого пласта с механизированным комплексом и пневматической закладкой.
На крутых пластах в настоящее время разработка пластов с закладкой выработанного пространства производится в основном по восстанию. Однако в этом случае осложняется поддержание угольной потолочины, особенно при подходе забоя к отработанному этажу. Поэтому выемка угля с закладкой может применяться лишь при устойчивых углях. При неустойчивых углях выемка может осуществляться полосами по простиранию с отработкой полос по падению пласта с применением упрочненной закладки. Отработка осуществляется с помощью комбайна под защитой секционной гидрофицированной крепи. По мере подвигания комбайна крепь передвигается посекционно и одновременно подается упрочненная закладка.
Пневматическая закладка может применяться в различных горно-геологических условиях и при разных, системах разработки.
Слайд 77Достоинства пневматической закладки: простота возведения закладочного массива, сравнительно высокая его
плотность (усадка 20—30 %), возможность возведения закладочного массива почти под
кровлей выработанного пространства, благоприятные условия для комплексной механизации и автоматизации работ.
Основные недостатки пневматической закладки: значительное пылеобразование, высокие капитальные затраты на закладочное и силовое оборудование, высокий расход сжатого воздуха, повышенные требования к закладочному материалу, быстрый износ трубопроводов.
Слайд 78Схема пневматической закладки в лавах с мехкомплексами на наклонных (а)
и крутых (б) пластах
1 – ограждение, 2 – трубопровод, 3
– консоль крепи, 4 – опора крепи, 5 – выемочная машина
Слайд 791 — пневмозакладочная машина, 2 — пневмозакладочный трубопровод, 3 —
насосная станция, 4 — секции механизированной крепи, 5 — комбайны,
6 — конвейер, 7 — забойный распределительный трубопровод, 8 — ленточный конвейер
Технологическая схема выемки тонкого угольного пласта механизированным комплексом с пневматической закладкой
Слайд 80Достоинства пневматической закладки: простота возведения закладочного массива, сравнительно высокая его
плотность (усадка 20—30 %), возможность возведения закладочного массива почти под
кровлей выработанного пространства, благоприятные условия для комплексной механизации и автоматизации работ.
Основные недостатки пневматической закладки: значительное пылеобразование, высокие капитальные затраты на закладочное и силовое оборудование, высокий расход сжатого воздуха, повышенные требования к закладочному материалу, быстрый износ трубопроводов.
Слайд 81Гидравлическая закладка
Процесс гидравлической закладки включает подготовку закладочного материала, смешивание его
с водой, гидротранспортирование пульпы по трубам до выработанного пространства, подготовку
выработанного пространства к закладке и возведение закладочного массива, отвод, осветление воды и откачку ее на поверхность.
Для ведения закладочных работ на шахте оборудуется гидрозакладочный комплекс .
Закладочный материал из бункера 1 подается на смесительный лоток 2 смесительной камеры, на котором он размывается струей воды из гидромонитора 3. Образовавшаяся пульпа стекает в приемную воронку и далее в пульпопровод 4, по которому движется до выработанного пространства, подлежащего закладке. В выработанном пространстве пульпа сбрасывается, и твердые частицы, выпадая, образуют закладочный массив 5, а вода по дренажной трубе 6 (или канавке) отводится в подземный водоотстойник 7. Отсюда насосами 8 по трубопроводу 9 осветленная вода перекачивается в смесительную камеру Для повторного использования или в водоотстойник 10 на поверхности. Из водоотстойника вода насосами 11 подается в смесительную камеру. Убыль воды периодически восполняется из других источников. Трубопровод, по которому транспортируется пульпа, состоит из вертикальных и горизонтальных частей. Вертикальная часть его
Слайд 82обеспечивает давление для перемещения материала по горизонтали с необходимой скоростью.
Практически рабочая скорость движения пульпы в трубопроводе диаметром 150
мм принимается для мелкозернистых материалов 2,5—3,5 м/с, а для кусковых—3,5—4 м/с. Движение пульпы под действием собственного веса обеспечивается при отношении вертикальной части к горизонтальной от 1:4 до 1 : 14. При отношениях от 1 :0,6 до 1:2 возможны чрезмерно большие скорости движения пульпы.
Гидрозакладочные комплексы можно разделить на два типа:
напор в которых создается за счет разности, геодезических высот между началом и концом пульпопровода без использования внешних источников энергии;
напор в которых создается специальным аппаратом, питателем или землесосом.
Эффективность гидравлической закладки во многом зависит от гранулометрического состава и консистенции пульпы. Поэтому к пульпе предъявляются жесткие требования.
Гидравлическая закладка может применяться в очистных забоях, оборудованных как индивидуальной, так и механизированной крепью.
Слайд 83Принципиальная схема гидрозакладочного комплекса
Слайд 84Плотность закладочного массива зависит от вида закладочного материала, его гранулометрического
состава, пористости и структуры грунтового скелета. Наибольшая усадка характерна для
дробленых пород, наименьшая —для песка.
Прочность закладочного массива составляет от 0,5 до 10,0 МПа.
Достоинства гидравлической закладки: высокая степень механизации, малая трудоемкость закладочных работ, простота оборудования, высокая производительность закладочного комплекса, небольшая величина усадки возводимого массива.
Недостатком гидрозакладки является подача в шахту большого количества воды, которая увлажняет воздух и загрязняет мелкими фракциями закладочного материала горные выработки. Для осветления воды требуются дополнительные выработки, а для откачки — насосные установки.
Невозможность совмещения работ по возведению закладочного массива с выемкой угля в очистном забое снижает нагрузку на очистной забой.
Слайд 854.5.6 Твердеющая закладка
При разработке запасов под действующими или потушенными пожарами,
а также на участках, опасных по прорыву глин, выемочное поле
может быть заранее оконтурено изоляционными полосами. Возведение таких полос позволяет вынимать основные запасы с обрушением кровли. Полосы могут выполнять функции опорных целиков, и их можно располагать в зонах повышенного горного давления.
Изоляционные полосы могут возводиться из бетона или из породных горельников и перегоревших пород отвалов. Прочность полос до 10—15 МПа. Возведение полос из породы может производиться пневматическим способом.
Хорошие результаты дает применение твердеющих закладочных материалов. Для этого используют смесь инертных материалов с вяжущими добавками, которые, реагируя с водой, способствуют образованию монолитного массива. В качестве вяжущего используют цемент, природные химические соединения (гипс, ангидрит, пирротин), а также молотые шлаки доменного производства.
Слайд 86Выбор способа закладки
При выборе способа закладки важное значение имеет плотность
закладочного массива, характеризуемая усадкой (в %), которая для различных способов
закладки приведены ниже.
Гидравлическая 10 - 15
Пневматическая 10 - 20
Механическая (метательными шинами) 25 - 30
Самотечная на крутых пластах:
При мелкозернистой породе 20 - 25
При крупнозернистой породе 25 - 40
Таким образом, по плотности закладочного массива на первом месте стоит гидравлическая закладка. Выбор способа закладки в большей степени зависит от того, какие объекты, пласты или слои подрабатываются. Если требуется плотный закладочный массив, то применяется гидравлическая или пневматическая закладка. Выбор способа закладки должен производиться с учётом всех факторов на основе тщательного технико-экономического анализа.
Слайд 88Особенности концевых операций
При фланговой выемке угля очистными комплексами необходима подготовка
оборудования к выемке очередной полосы угля. Операции, связанные с подготовкой
оборудования к выемке очередной полосы угля и передвижением его к забою, называют концевыми.
Выполнение концевых операций в лаве должно обеспечить выемку последнего участка I старой полосы и участка II новой полосы для размещения исполнительного органа комбайна.
Характерными концевыми операциями являются: подготовка ниш, установка крепи сопряжения, передвижка приводов конвейера, комбайна и штрекового оборудования, извлечение и установка ножек штрековой крепи, выкладка костров и т. д.
Различают следующие способы выполнения концевых операций: передвижение комбайнов в подготавливаемую нишу, самозарубка исполнительных органов комбайнов; передвижение комбайна по свободному пространству на сопряжении лавы с выработкой.
Слайд 90Самозарубка комбайна
Самозарубка комбайна в пласт бывает фронтальной и косыми заездами.
В случае расположения исполнительных органов комбайна по концам его корпуса
применяется фронтальная самозарубка. При этом концевые операции выполняются в следующей последовательности:
I – на расстоянии 10—15 м от конца лавы производится отцепка лемеха. Комбайн при этом находится в нижней части лавы, опережающий шнек расположен у кровли пласта, а отстающий 2 — у почвы. У почвы пласта остается невынутая пачка угля а, равная длине комбайна;
II — находящийся у кровли шнек опускается к почве
пласта;
III — производится выемка межшнекового целика а;
IV — шнеки перед самозарубкой устанавливаются у почвы
пласта.
Конвейер передвигается к забою и производится фронтальная самозарубка обоих исполнительных органов на ширину захвата, а также передвижка головки и рештачного става конвейера к забою на новую дорогу;
V — после самозарубки шнеки одновременно или поочередно поднимаются до кровли;
Слайд 91VI — производится выемка верхней пачки угля до штрека;
VII — шнек 1
опускается к почве при неподвижном ком-
байне;
VIII — при движении шнека от
штрека до места самоза-
рубки вынимаются нижняя пачка и межшнековый целик.
Затем вынимают участок полосы для монтажа лемеха, и во время перегона комбайна к штреку и обратно этот участок зачищают. После этого монтируют лемех и прицепляют его к комбайну.
Слайд 92Последовательность выполнения операций при фронтальной самозарубке комбайна в пласт
Слайд 93Последовательность выполнения операций при фронтальной самозарубке комбайна в пласт
Слайд 94При работе комбайнов с любыми исполнительными органами возможна самозарубка в
пласт способом косых заездов. При этом челноковая схема может применяться
для комбайнов с двухсторонними исполнительными органами, а односторонняя — при любом их расположении.
Концевые операции выполняются в следующей последовательности:
I — в исходном положении конвейер передвинут к забою за исключением концевой части, где расположен комбайн;
II — комбайн подается вдоль линии изгиба конвейера при включенном переднем исполнительном органе и вынимает клиновидную полосу угля длиной 12—15 м;
III — передвигаются недодвинутая часть конвейера и концевая головка, а также производится выемка комбайном оставшегося целика угля;
IV — после перегона комбайна к уступу забоя производится выемка угля.
Общее время концевых операций без перегона комбайна составляет 23,5 мин, из них 10,2 мин — маневры по зачистке лавы, 3,3 мин — фланговая самозарубка с изгибающегося конвейера; 10 мин — передвижка привода и вспомогательные операции.
Слайд 95Последовательность выполнения концевых операций при самозарубке комбайна в пласт способом
косых заездов
Слайд 96Операции на сопряжениях лав с подготовительными выработками
Технологические схемы сопряжения лавы
с подготовительной выработкой различаются в зависимости от системы разработки, технологии
выполнения концевых операций, способов крепления и охраны подготовительной выработки.
В зависимости от расположения выработок относительно выработанного пространства и забоя лавы выделяют три группы выработок: проводимые до начала очистных работ; повторно используемые; проводимые вслед за лавой или с опережением забоя лавы.
До начала очистных работ выработки могут проводится в массиве угля, в присечку к выработанному пространству или с оставлением между ним и выработкой целика угля. В наиболее благоприятных условиях оказываются выработки, пройденные в присечку к выработанному пространству и погашаемые вслед за лавой. В таких выработках возможно вынесение головок конвейера, что позволяет проходить ниши минимальной длины. Повторно используемые выработки вследствие двукратного воздействия на них опорного давления деформируются, что затрудняет применение безнишевой выемки из - за необходимости снятия ножек при передвижке забойного конвейера и повышает трудоёмкость выполняемых на сопряжении работ.
Слайд 97Выработки, проводимые вслед за лавой, с точки зрения давления находятся
в благоприятных условиях. Однако их проведение не позволяет реализовать при
существующих средствах механизации очистных работ технологию безнишевой выемки. Применяемые на сопряжениях с проводимыми вслед за лавой выработками технологические схемы работ на сопряжениях требуют выполнения большого объёма разнохарактерных работ, сосредоточенных на небольшой площади рабочего пространства. Это - выемка угля комбайном в лаве, подготовка ниши, проведение штрека и закладка породы в выработанное пространство. Недостатком такой технологической схемы является не только высокая трудоёмкость работ на сопряжениях. Составляющая около 40 % общей трудоемкости работ в лаве, но и ограничение скорости подвигания забоя.
Способ охраны выработки в значительной степени определяет трудоёмкость работ на сопряжении как вследствие различного объёма работ, требуемого для реализации того или иного способа охраны, так и для различного состояния выработок. Для охраны выработок в настоящее время применяют искусственные ограждения в виде бутовых полос, костров, железобетонных тумб и стенок, органной крепи и целиков.
Операции на сопряжениях зависят также от способа выполнения концевых операций в лавах: 1) при вынесенных на штреки приводах конвейера; 2) с механизированной выемкой угля специальными нише выемочными машинами при полностью или частично вынесенных приводах конвейера из лавы; 3) с выемкой угля в нишах вручную или с
Слайд 98помощью нише выемочных машин при расположении приводов конвейера в лаве.
На сопряжении лав с подготовительными выработками имеются характерные зоны, в
которых выполняются различные технологические операции.
Характерные зоны на сопряжении лавы с подготовительными выработками
Слайд 99В первой зоне производятся работы по поддержанию выработок: установка усиливающей
крепи, работы по разгрузке массива горных пород; во второй зоне
- пере крепление сопряжения, перестановка стоек крепи выработки; передвижка и крепление приводной головки забойного конвейера (если головка вынесена в подготовительную выработку); перегрузка угля с забойного конвейера на участковый.
Третья зона представляет собой участок выработки позади лавы, где основными являются работы по поддержанию подготовительной выработки (подрывка почвы, перекрепление, извлечение усиливающей крепи).
В четвёртой зоне производится выемка ниш, их крепление, передвижка и крепление приводной головки забойного конвейера (при расположении головки в лаве).
В пятой зоне выполняются передвижка и крепление приводной головки забойного конвейера и возведение охранных сооружений.
Шестая зона представляет собой концевой участок лавы, обрабатываемый комбайном. Здесь производится самозарубка комбайна, выполняются операции, связанные с подготовкой к выемки новой полосы (перемонтаж погрузочного устройства, манипуляция с исполнительными органами и др.).
Сопряжения с нишами отличаются от сопряжений без ниш не только наличием ниши, но также расположением зоны, из которых производится сооружение охранных сооружений. На сопряжениях без ниш затруднено
Слайд 100возведение охранных сооружений из-за наличии секций механизированной крепи, в то
время как при сопряжениях с нишами головка конвейера и кровля
над ней крепятся индивидуальной крепью.
Наибольшая трудоёмкость работ на сопряжениях имеет место при проведении выработок вслед за лавой, что является результатом низкого уровня механизации работ по подготовке ниши и проведения выработки.
Слайд 102Монтаж демонтаж комплексов
Монтаж демонтаж механизированных комплексов представляет собой многооперационный, сложный
и трудоёмкий механизированный процесс, включающий горные работы по сооружению монтажных
камер, транспортирование, сборку и разборку конструкций в стеснённых условиях горных выработок.
Основными процессами монтажных работ являются: погрузка оборудования на поверхности, разгрузка в шахте, доставка по разрезной печи и монтаж.
Процесс монтажа очистного комплекса включает работы по проведению монтажной камеры. В зависимости от мощности угольного пласта, с подрывкой и без подрывки боковых пород, полным сечением и с последующим расширением камер отбойными молотками, буровзрывным способом, проходческими и угольными комбайнами.
Крепление монтажных камер в большинстве случаев осуществляется рамами деревянной крепи с шагом установки рам от 0,4 до 1 м и с полной или частичной затяжкой кровли досками.
Эффективным способом крепления монтажных камер с устойчивыми кровлями является применение анкерной крепи на пластах мощностью 1,2 - 5,5 м. В зависимости от крепости пород кровли и ширины камер применяется либо одна анкерная крепь, либо сочетание её с деревянной крепью.
Слайд 103Для транспортирования узлов и деталей механизированных комплексов по горным выработкам
применяют специальные платформы, площадки,монорельсовые дороги. Поворотные круги, рольганги и гидравлические
подъёмные устройства.
Для доставки элементов комплекса по монтажной камере и их монтажа применяют: уголковые направляющие, монтажные краны, монтажные станки.
Перед спуском оборудования в шахту рекомендуется в целях проверки его исправности и комплектности смонтировать на поверхности его основные узлы, а именно: 15 - 20 м конвейера, 15 - 20 секций крепи, комбайн, подключить магнитную и насосную станции.
В зависимости от массы секций крепи, их конструктивных особенностей и размеров, способов и технических средств погрузочно-разгрузочных работ и транспортирования все механизированные комплексы можно разделить на две группы:
I группа - механизированные комплексы для тонких и частично средней мощности (0,7 - 2,0 м) пологих и наклонных пластов, а также комплексы и агрегаты для крутых тонких и частично средней мощности пластов, транспортирование секций крепи которых к монтажным камерам производится в собранном виде;
II группа - механизированные комплексы для пологих и наклонных пластов мощностью более 2 м, секции которых транспортируются по выработкам в частично разобранном и полностью разобранном виде.
Слайд 104Монтаж крепей механизированных комплексов 1 группы на пологих пластах мощностью
до 2 м.
Слайд 105Монтаж крепей механизированных комплексов 2 группы на пологих пластах мощностью
более 2 м.
Слайд 106Сборка секций крепи этих комплексов производится на сопряжении с монтажной
камерой или в самой камере у места установки. При больших
объёмах монтажных и демонтажных работ целесообразно создание специализированных организаций в производственных объединениях, в которых эти работы являются основным видом деятельности.
Дальнейшее совершенствование монтажных работ должно включать: внедрение поточного метода ведения работ, при котором образуются поточные линии на поверхности шахт, в горных выработках и монтажных камерах; использование блочного способа монтажа с выполнением работ по сборке оборудования в блоки на поверхности и на сопряжениях выработок, примыкающих к монтажным камерам; внедрение восходящего монтажа секций крепи, при котором секции крепи по монтажной камере доставляют к месту их установки сверху вниз. Сущность поточного метода ведения работ заключается в следующем.
До начала монтажных работ образуют поточную линию, состоящего из блока стационарного оборудования, расположенного на поверхности шахты, блока транспортных линий в горных выработках и блока поточного ведения монтажных работ. Блок стационарного оборудования содержит площадки для хранения оборудования, оборудования для подготовки механизированного комплекса к монтажу и оборудования, с помощью которого выявляют дефекты секций крепи и других машин и механизмов. Блок транспортных линий содержит средства для транспортирования оборудования (монорельсовые дороги, электровозную откатку и др.).
Слайд 107Блок поточного ведения монтажных работ состоит из оборудования для аккумулирования,
разгрузки механизированного комплекса у монтажной камеры, поточной доставке по ней
и сборки.
Слайд 108Демонтаж механизированных комплексов на пологих пластах мощностью до 2 м.
Слайд 109Демонтаж механизированного комплекса без возведения временной крепи
Слайд 110Демонтаж механизированного комплекса на крутых пластах
Слайд 111ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ОЧИСТНЫХ РАБОТ
Слайд 112Общие положения
Добыча в очистном забое выполняется выбранным набором средств механизации
в заданных горно-геологических условиях и складывающиеся из взаимосвязанных процессов и
операций и представляют собой технологическую схему очистных работ.
Технологическая схема в длинных очистных забоях подразделяется на две группы: а) с использованием механизированных крепей; б) с использованием индивидуальных средств крепления.
Первые схемы подразделяются на схемы с использованием механизированных комплексов и на схемы сМеханизированная крепь состоит: поддерживающая часть – перекрытие или поддерживающий козырек (перекрытие может управляться гидродомкратом); ограждающая часть или ограждение; гидростойки или гидравлические ножки (одинарной или двойной раздвижности); основание или постель крепи; линейные гидродомкраты для передвижки става забойного конвейера; отражатели или раскоскодержатели.
Типы крепи: оградительного, поддерживающего, оградительно-поддерживающего, поддерживающего, поддерживающего-оградительного типа.
Средства механизации очистных работ: узкозахватный комбайн; струг; забойный конвейер; механизированная, гидрофицированная крепь; крепь сопряжения (индивидуальная и специальная)
Слайд 113предназначена для механизации работ связанных с креплением и управлением горным
давлением на концевых участков лавы.
Преимущественно применяется механическая и гидрофицированная
крепи сопряжения, поддерживающе-оградительного типа (3-4 ряда стоек). На выемочном штреке устанавливаются: лебедка; маслостанции и насосостанции – для подачи рабочей жидкости в гидросистему крепи (СНУ – 5(6) до 20 МПа, «Сигма» – 25 МПа, СНТ-32 до 3,2МПА); ленточный конвейер; скребковый перегружатель; датчики метаносодержания, вся аппаратура контроля метана отрегулирована на 1,3%; телефон.
очистным агрегатом. Под механизированным комплексом понимают сочетание различных видов оборудования и машин, обеспечивающих выполнение основных и вспомогательных работ в очистном забое и связанных между собой технологически, т.е. общность и согласованность выполняемых функций. Механизированный комплекс включает следующие оборудование: очистной узкозахватный комбайн, механизированную крепь, забойный конвейер, крепи сопряжения, скребкового перегружателя, маслостанции, понизительной подстанции, пусковой и контролирующей аппаратуры и, возможно насосные станции.
Очистным агрегатом называется сочетание различных видов оборудования, связанного между собой не только технически, но и кинематически, т.е. они не допускают замены составляющего оборудования. В качестве очистной выемочной машины в агрегате служит самозарывающийся комбайн, струг или скрепероструг.
Слайд 114Технологические схемы с применением узкозахватных комбайнов и индивидуальной крепи
Технологические схемы
узкозахватной выемки должны предусматривать:
направленное движение комбайна с целью обеспечения постоянной
глубины захвата и соблюдения нормальных условий погрузки угля;
челноковую схему работы комбайна без необходимости разворота его в концевых частях лавы. В отдельных случаях, когда этого требуют правила безопасности или промсанитарии, можно допускать одностороннюю работу комбайна при условии, что холостой его перегон и вспомогательные операции в сумме не будут превышать 30—40 мин на один цикл и не будут сужать область применения узкозахватной выемки;
применение самозарубающихся комбайнов;
расположение забойного конвейера у забоя, с тем чтобы происходила самопогрузка обрушающегося угля и уменьшался объем зачистки;
минимум вспомогательных и подготовительных операций и обеспечение минимальной ширины незакрепленного призабойного пространства.
Технологические схемы очистных работ с узкозахватной выемкой и индивидуальной крепью включают в себя следующие процессы: выемку (отбойку и погрузку) угля, его транспортирование, передвижение конвейера, кредление, управление кровлей, а также концевые операции.
Слайд 115Рисунок 1 – Комплект оборудования с комбайном 2К52
1-комбайн, 2-конвейер, 3-гидродомкраты
передвижения, 4-индивидуальная призабойная и посадочная крепи, 5-ручные электросверла, 6-колонковые электросверла.
Слайд 116Различие между отдельными схемами заключается в направлении выемки (по простиранию,
по восстанию, по падению), во взаимном расположении конвейера и комбайна,
в схеме выемки (челноковая, односторонняя), в способе выполнения концевых операций и способе управления кровлей (полное обрушение, частичная закладка, плавное опускание), а также в типах применяемых комбайнов.
Технологические схемы с применением узкозахватных комбайнов и индивидуальной крепи включают в себя большое число процессов и операций. Часть этих операций выполняется вручную и является весьма трудоемкой. Особенно возрастает трудоемкость работ на тонких пластах, где в связи с небольшими размерами призабойного пространства усложняется размещение оборудования для комплексной механизации.
Трудоемкость ручных работ в зависимости от мощности пласта. Основным направлением снижения трудоемкости работ является создание комплексов оборудования с механизированными крепями и полностью автоматизированных комплексов. Вместе с тем стоимость таких комплексов в несколько раз выше, чем комплексов с индивидуальной крепью. Поэтому их выгодно применять только при определенной нагрузке на лаву, превышающей уровень нагрузки при индивидуальной крепи.
Расчеты показывают, что при мощности пласта 0,7 м затраты на добычу 1 т угля при комплексах с механизированной и индивидуальной крепью становятся равными лишь при нагрузке на лаву свыше 650 т/сут.
Слайд 117Применение автоматизированных комплексов целесообразно лишь при нагрузках от 900 т/сут,
т. е. при скорости подвигания более 7 м/сут при длине
лавы 140 м.
Разработку тонких пластов мощностью 0,7 м следует вести узкозахватной техникой с применением легких гидростоек и верхняков к ним из стеклопластиков или других легких материалов.
Корпус комбайна должен иметь высоту менее 300 мм, для чего необходимо использование электродвигателей, питающихся от сети напряжением 1140 В. В связи со сложностью еоздания таких комбайнов в настоящее время принята ориентация на применение схем с Челноковыми самозарубающимися комбайнами, работающими с почвы пласта при расположении конвейера у забоя. Такая схема работы обеспечивается при использовании комбайна БКТ на пластах мощностью от 0,55 до 0,8 м.
Эффективность работы очистных забоев с узкозахватной техникой при индивидуальной крепи в большой степени зависит от уровня организации труда. Повышение эффективности очистных работ связано с их интенсивностью и может быть достигнуто путем увеличения скорости выполнения основных и вспомогательных процессов, совмещения отдельных процессов во времени, использования оптимального числа рабочих в забое, снижения простоев.
Первостепенное значение имеют совмещение процессов во времени и снижение простоев. Многочисленными наблюдениями установлено, что время работы выемочных комбайнов непосредственно по добыче
Слайд 118составляет лишь 20—35% рабочего времени. Это объясняется большими затратами времени
на вспомогательные операции и работы по подготовке к выемке очередной
полосы угля, выполнение которых не совмещается с основными и вспомогательными операциями, и технологическими перерывами.
Слайд 119Схемы работы с применением механизированных комплексов и агрегатов
Под механизированным очистным
комплексом понимают сочетание различных видов оборудования и машин, обеспечивающих выполнение
основных производственных процессов очистных работ и связанных между собой технологически, т. е. общностью и взаимной согласованностью выполняемых функций. Кинематические связи между отдельными видами оборудования не обязательны, хотя они и могут иметь место (связь выемочной машины и конвейера). Для механизированного комплекса характерна возможность замены одного типа оборудования другим (например, одного комбайна другим).
Очистным агрегатом называют сочетание различных видов оборудования, связанных между собой не только технологически, но и кинематически. Кинематическая связь делает невозможным замену одного типа оборудования другим.
Применение очистных комплексов и агрегатов обеспечивает механизацию основных процессов очистных работ: выемки, погрузки, транспортирования угля, крепления в рабочем пространстве лавы и на сопряжениях, а также управления горным давлением.
Очистные механизированные комплексы для пологих пластов состоят из гидрофицированной крепи, выемочной машины (комбайна или струга), скребкового конвейера и крепей сопряжений и обеспечивают комплексную механизацию большей части работ и высокую нагрузку на
Слайд 120очистной забой.
Совершенствование механизированных комплексов является в настоящее время основным направлением
в развитии техники добычи угля. Их дальнейшее совершенствование и расширение
области применения приведут к улучшению технико-экономических показателей работы очистных забоев.
Механизированные комплексы с фланговыми комбайнами не позволяют полностью использовать все возможности механизированной крепи. Каждая секция в этом случае подвигается на забой периодически, т. е. после очередного прохода комбайна, что обусловливает низкую скорость крепления.
Теоретически наиболее совершенным является агрегат с фронтальной схемой работы, характеризующийся отделением угля на небольшую глубину (не более 0,2—0,3 м), фронтальным передвижением на забой элементов агрегата, несущих на себе направляющие выемочные машины, фронтальным и фронтально-групповым передвижением частей механизированной крепи агрегата.
Преимущества фронтальных агрегатов:
непрерывный поточный характер работы, обеспечивающий интенсивную добычу угля из очистного забоя и, следовательно, высокую нагрузку на лаву;
выемка угля исполнительным органом по наружному слою отжатого угля, что способствует снижению энергоемкости процесса и повышению
Слайд 121производительности труда;
устранение тяжелого физического труда в очистном забое и значительное
улучшение санитарно-гигиенических условий и безопасности труда, так как при работе
агрегата рабочие в призабойном пространстве не находятся;
упрощение автоматического и дистанционного управления всеми процессами вследствие конструктивной и кинематической связи между узлами агрегата.
Однако фронтальная выемка имеет и существенные недостатки:
трудность выдержать регламентированную раздвижность крепи из-за сложности регулирования выемочной машины — струга по мощности пласта;
трудность дополнительного демонтажа секций при изменениях длины лавы;
повышенное трение в направляющих струга при изменениях гипсометрии пласта.
Более высокая стоимость агрегатов по сравнению с выемочными комплексами обусловливает экономическую необходимость повышения нагрузки на забой (примерно в 3 раза) при их эксплуатации и повышения производительности труда горнорабочих.
Выпускаемые в настоящее время механизированные комплексы охватывают широкий диапазон условий по мощности пласта, по углам
Слайд 122падения и составу пород кровли. Они имеют крепи поддерживающего, оградительно-поддерживающего,
поддерживающе-оградительного и оградительного типов.
Слайд 123Рисунок 2 – технологическая схема выемки тонкого пласта при применении
комплекса КМК97Д
Слайд 124Рисунок 3 – Технологическая схема очистных работ при применении комплекса
2КМ87А
1-крепь 2М87А, 2-конвейер СП87П, 3-комбайн 1ГШ68
Слайд 125Рисунок 4 - Секция крепи комплекса для разработки пластов мощностью
3,5—5 м
1-гидростойка, 2-ограждение, 3-козырек, 4- гидродомкрат
Слайд 126Рисунок 5 – Схема расположения комплекса КМ81Э в лаве
Слайд 127Схемы работы с применением струговых установок
Использование струговых установок имеет ряд
особенностей по сравнению с применением узкозахватных комбайнов:
призабойное пространство формируется узкими
полосами на глубину 30—150 мм и кровлю при этом можно крепить только
после выемки угля на величину шага передвижения крепи одновременно по всей лаве;
конвейерный став постоянно прижимается к забою с определенным усилием и отходит от него на 150—200 мм в момент прохода струга;
струг обрабатывает обычно лишь нижнюю часть забоя по мощности пласта, что благоприятно сказывается на сортности добываемого угля, но приводит к зависанию верхней пачки и образованию нетранспортабельных кусков угля;
струг неудовлетворительно управляемся по гипсометрии пласта, что в некоторых условиях приводит к оставлению земника;
опорные почвенные плиты стругов при движении выталкивают из-под конвейера в сторону выработанного пространства значительное количество штыба.
Струговые установки применяют с индивидуальной или механизированной крепью. Компоновка струговой установки с механизированной крепью может осуществляться в виде комплекса или в виде агрегата.
Слайд 128При агрегатной компоновке оборудования обеспечивается совмещение процессов выемки угля и
передвижения крепи по всей длине забоя. Компоновка крепи и струговой
установки в виде комплекса требует передвижения крепи после подвигания забоя на определенную величину.
Струги могут производить выемку угля по простиранию и не падению.
Слайд 129Применение струговых установок в лавах, оборудованных индивидуальной крепью
Комплекс оборудования включает
в себя струг, тяговый орган (круглозвенная цепь), верхний и нижний
привод струга, скребковый изгибающийся конвейер с двумя приводными головками, гидродомкраты передвижения, а также гидрооборудование и электрооборудование.
Струговая установка работает по челноковой схеме, что обеспечивает совмещение выемки угля с проведением работ по креплению, передвижению конвейера и управлению кровлей. В лавах, оборудованных струговыми установками, все работы выполняются суточными комплексными бригадами при цикличной организации труда. В состав цикла входят: выемка угля стругом и его погрузка на конвейер, доставка угля, оформление и крепление забоя, перестановка домкратов для передвижения конвейера, выемка ниш, работы по управлению кровлей.
При выемке струг движется между забоем и забойным конвейером при помощи цепи. Отбитый уголь грузится на конвейер корпусом струга и его нижним ножом. Управление струговой установкой осуществляется при помощи блока управления. Возможно дистанционное и автоматическое управление стругом. В первом случае в крайнем положении струг останавливается конечным выключателем ограничителя хода, а для движения в другую сторону включается машинистом установки.
Слайд 130Автоматическое управление производится без участия рабочего.
Важным условием нормальной . работы
струговой установки является опережение приводными головками конвейерного става не менее
чем на 20 см. При несоблюдении этого условия струг будет прижиматься к конвейеру, что приводит к его преждевременному износу и может явиться причиной аварии. Приводные головки передвигают после каждого прохода струга.
Основным средством крепления в струговых лавах являются металлические стойки постоянного сопротивления. Наиболее распространенным является паспорт крепления и управления кровлей с прямолинейным расположением стоек и верхняков. Такой паспорт крепления может применяться на пластах с относительно устойчивой кровлей, допускающей во время выемки угля в призабойном пространстве обнажение шириной до 1,1—1,3 м. На пластах с неустойчивой кровлей, допускающей обнажение до 0,6—0,8 м, применяют прямолинейное (или шахматное) расположение посадочных стоек и шахматное расположение верхняков.
Передвижение конвейера осуществляется после зачистки нового места, разгрузки и подтягивания домкратов. Расстояние между домкратами принимается равным 5—6 м.
Технологическая схема предусматривает проведение опережающих ниш для размещения приводных головок. Длина ниш 5—6 м, глубина по простиранию 3 м. Ниши проводят с помощью буровзрывных работ либо отбойными молотками. Учитывая большую трудоемкость этих работ,
Слайд 131следует стремиться к уменьшению длины ниш или полной их ликвидации
путем выноса приводных головок из лавы.
Работа в струговых лавах может
быть организована при следующих режимах: 1) трехсменном с двумя добычными сменами и одной ремонтно-подготовительной; 2) четырех-сменном с тремя сменами добычными и одной ремонтно-подготовительной; 3) трехсменном
с тремя добычными сменами по 7 ч каждая с трехчасовым перерывом; 4) четырех-сменном с четырьмя добычными сменами.
Наиболее рациональным и распространенным является четырех-сменный режим с одной ремонтно-подготовительной сменой. При таком режиме в подготовительную смену можно систематически производить осмотр и ремонт оборудования, проводить работы по нагнетанию воды в пласт и другие операции.
В струговой лаве в добычную смену работает 10—15 человек,: Струговую установку обслуживают 2 человека, на креплении занято 7—9 человек и 1—4 человека — на выемке ниш.
Слайд 132Рисунок 6– Схемы выемки угольных пластов мощностью более 5 м
а
— с разделением на слои, б —с выпуском угля из
кровли, в — комбинированным способом
Слайд 133Рисунок 7 - Разработка мощного пласта наклонными слоями с применением
комплекса ОКП
Слайд 134Рисунок 8 – Технологическая схема очистных работ на пласте мощностью
0,4—0,8 м при применении скрепероструговой установки УС2М и индивидуальной крепи:
1
— скрепероструг УС2М; 2 — приводная станция; 3 — обводная станция; 4 — лебедка ЛМГ1; 5 —лебедка БМ; 6 — призабойная крепь — стойки трения ТУ и шарнирные вербняки типа В-15Б; 7 — посадочные стойки типа ОКУ; 8 — телескопический ленточный конвейер 1ЛТ100
Слайд 135Рисунок 9 – Технологическая схема очистных работ с применением стругового
комплекса КШКС:
1 — крепь 1МКС; 2 — струговая установка 1УСБ67
(УСВ); 3 — насосная станция крепи; 4 — насосная станция струговой установки; 5 — механизированная крепь сопряжения; 6 — телескопический ленточный конвейер 1ЛТ100
Слайд 136Технологическая схема очистных работ на крутом пласте: 1 - откаточный
промежуточный квершлаг; 2 - вентиляционный промежуточный квершлаге, 3-откаточный штрек; 4
- просек; 5 -печи; 6 - вентиляционный штрек; 7-комбайн «Темп-1»; 8 — посадочная лебедка ПС Л; 9 – лесодоставочная лебедка1ЛК; 10- тяговая лебедка ЛВД12; 11-комбайновая лебедка 1ЛГКН, 12-Установка УНВ2 для нагнетания воды в пласт; 13- буровой станок БС-1; 14 - ручное электросверло СЭР15Д; 15 - маневровая лебедка МЭЛ14.5; 16- рельсовый путь
Слайд 137Рисунок 11 – Технологическая схема очистных работ при разработке крутого
пласта горизонтальными полосами по простиранию в восходящем порядке с выемкой
угля и гидрозакладкой
Слайд 138Рисунок 12 – Технологическая схема очистных работ при разработке крутого
пласта мощностью 0,6-1,5 м по простиранию механизированным комплексом 1КГУ
Слайд 139Рисунок 13 – Технологическая схема очистных работ при разработке крутого
пласта мощностью 1,8-2,4 м по простиранию механизированным комплексом КПК1
Слайд 140Схема отработки выемочного участка щитовыми агрегатами:
1-откаточный штрек, 2 - вентиляционный
штрек; 3 - монтажная ниша; 4 - вентиляционные скаты; 5
— углеспускной скат; 6 - откаточный квершлаг- 7-вентиляционный квершлаг; 5 - скважины для нагнетания воды в пласт; 9 - органная деревянная крепь; 10 - работающий агрегат АЩ, 11 - монтируемый агрегат АЩ; 12 - накатник; 13 - погрузочный пункт с металлическими люками и оросительным устройством; 14 -рельсовый путь; 15 - буровой станок; 16 -высоконапорная насосная установка; 17 - пневмосверло; 18 погрузочная машина; 19 — вентилятор местного проветривания
Слайд 144Рисунок 17 – Схема приведения щита в рабочее положение
Рисунок 18
– Порядок выемки угля под щитом при мощности пласта до
5-6 м
Слайд 145Рисунок 19 – Схема выемки нижнего слоя при работе с
гибким перекрытием
Слайд 146Рисунок 20 – Схема подготовки и порядок выемки нижнего слоя
при работе с гибким
Слайд 147РАЗРАБОТКА ПЛАСТОВ КОРОТКИМИ ОЧИСТНЫМИ ЗАБОЯМИ
Слайд 148Угольные пласты
Деление забоев на «длинные» и «короткие» по определенным размерам
длины забоя (короткие до 30 м, длинные — свыше 40
м) является весьма условным, а иногда и неправильным.
Отличительной особенностью коротких забоев являются более легкие условия управления кровлей, которые создаются вследствие особого распределения горного давления. Действительно, основную часть давления пород в условиях коротких забоев воспринимают целики угля, а крепь выработанного или рабочего пространства воспринимает лишь давление, не превышающее веса пород в объеме свода равновесия. Поэтому иногда, при вязких и устойчивых породах, кровлю или не крепят совсем или только ее анкеруют.
При работе короткими забоями типа камер основная кровля обычно не нарушается, а непосредственная кровля нарушается лишь в отдельных случаях — при слабых или сыпучих породах; Управление же кровлей при работе длинными очистными забоями, как правило (при работе с обрушением), сопровождается нарушением как непосредственной, так и основной кровли.
Указанные обстоятельства позволяют считать, что одним из основных факторов, определяющих тип забоя, является характер распределения горного давления и способ управления кровлей.
Следовательно, длина очистного забоя не является достаточной
Слайд 149характеристикой для того, чтобы отнести забой в группу длинных или
коротких забоев.
Для некоторых условий, например, в условиях слабых и неустойчивых
кровель, забой длиной 25-30 м имеет все особенности длинного забоя. В то же время забой длиной 30-40 м, а иногда и более, в условиях устойчивых кровель (Донбасс) будет иметь все особенности короткого забоя. Поэтому простое механическое разделение длинной лавы на несколько коротких лав еще не означает переход на выемку короткими забоями. В различных горно-геологических условиях параметр длины короткого очистного забоя должен быть различным.
Таким образом, коротким очистным забоем следует считать такой очистной забой, при котором давление вышележащих пород воспринимается в основном целиками угля, а давление на выработанное или призабойное пространство не превышает веса пород свода естественного равновесия.
Опыт работы шахт за рубежом показывает, что сравнительно высокие технико-экономические показатели в определенных условиях могут быть достигнуты и при разработке месторождения короткими забоями.
Высокая эффективность систем разработки короткими забоями является результатом, прежде всего, благоприятных горно-геологических условий, а также спецификой механизации и организации работ в таких забоях.
Слайд 150Известно, например, что основные технико-экономические показатели работы шахты (производительность труда
и себестоимость) улучшаются с ростом мощности шахты; еще более значительное
влияние на технико-экономические показатели оказывает нагрузка на лаву. Однако до сих пор в практике такой фактор, как нагрузка на единицу площади очистного забоя (количество добычи, приходящейся на единицу площади забоя), определяющий интенсивность обработки площади очистного забоя, учитывается недостаточно.
При существующих средствах механизации в длинных очистных забоях выемочные машины (врубовые машины, комбайны, струги и т. п.) обрабатывают единицу площади забоя со значительными интервалами. При комбайновой выемке такой интервал редко составляет менее суток, при струговой — значительно меньше, но также занимает сравнительно большой промежуток времени; при этом сам процесс носит характер периодической обработки забоя по всей его длине.
В коротком забое нагрузка на единицу площади значительно выше и повысить ее сравнительно проще, а следовательно, легче увеличить скорость подвигания забоя и тем самым улучшить технико-экономические показатели его работы.
Известно, что системы разработки с короткими забоями характеризуются большим объемом проведения подготовительных выработок. Следовательно, важным условием эффективной работы короткими забоями является высокий уровень техники и организации в подготовительных забоях.
Слайд 151Технологическая схема выемки пласта комбайном при камерно-столбовой системе разработки
Слайд 152Выемка угля в камерах может производиться с помощью скреперостругов. В
этом случае столбы по простиранию или падению отрабатывают камерами шириной
15—20 м, между которыми оставляют целики шириной 2—5 м. Выемка угля осуществляется двумя одновременно работающими скреперостругами и ведется до тех пор, пока не начнется обрушение кровли. После этого установку переносят в разрезную печь новой камеры. Монтаж скрепероструговой установки осуществляется от печи шириной 2—5 м. На очистных работах занято в смену 3—4 человека, которые обслуживают лебедку скрепероструговой установки и направляющую балку с обводным блоком. Лебедка передвигается через каждые 20—30 см подвигания забоя. После выемки полосы угля шириной 0,8 м на сопряжениях со штреками устанавливают крепежные рамы и костры. Основным достоинством такой технологической схемы является отсутствие людей в очистном забое.
Область применения механизированной выемки угля в коротких забоях ограничивается горно-геологическими условиями залегания пластов: она может быть применена на пластах мощностью от 0,9 до 3,5 м с углами падения 0-12° (в отдельных случаях до 16—20°), с устойчивой и средней устойчивости кровлей, при углях любой крепости с газоносностью до 15 м3/т. Один из существенных факторов, определяющих рациональную область применения данной технологии,— глубина разработки. С увеличением глубины сильно возрастает напряжение в междукамерных целиках, что приводит к необходимости уменьшения ширины камер и увеличения ширины целиков.
Слайд 153Технологическая схема очистных работ в камерах с помощью скрепероструговой установки
Слайд 155Узлы сопряжения транспортных звеньев
Основными узлами сопряжений транспортных звеньев являются: узлы
сопряжений участковых транспортных выработок; узы сопряжения участковых и магистральных транспортных
выработок (приёмно-отправительные площадки); узы сопряжений магистральных транспортных выработок с околоствольным двором; узлы перегрузки с одного контейнера на другой на прямолинейных конвейеризированных выработках (перегрузочные пункты).
Узел сопряжения лавы с участковой конвейерной или откаточной выработкой должен обеспечивать быстрое и нетрудоёмкое передвижение средств механизации вслед за подвиганием очистного забоя.
Одним из наиболее узких мест в общешахтной транспортной цепи является узел сопряжений (перегрузки) угля с забойного конвейера на штрековый. Обычно на штреке устанавливается скребковый конвейер, укорачиваемый по мере подвигания лавы. Недостатками такой системы являются необходимость производить частое (1-2 раза в сутки) укорачивание скребкового конвейера вслед за подвиганием очистного забоя, а так же периодические его переносы и укорачивание ленточного конвейера. Работы по укорачиванию, монтажу и демонтажу конвейеров характеризуются высокой трудоёмкостью.
Рациональные схемы узлов сопряжений лавы с конвейерной выработкой включают: телескопические комплексы, состоящие из
Слайд 156Характерные схемы погрузочных пунктов
Слайд 157короткого скребкового перегружателя и телескопического ленточного конвейера, входящего в состав
конвейерной линии, или надвижного перегружателя и ленточного конвейера.
В местах
стыка транспорта по наклонным выработкам с локомотивной откаткой по горизонтальным выработкам располагают приемно-отправительные площадки (станции).
Разнообразие горнотехнических условий угольных шахт привело к большому числу схем приемно-отправительных станций определяется способом подготовки и системной разработки, видом транспорта по сопрягаемым выработкам, местом проведения наклонной выработки (по углю, по породе), расположением площадки (верхняя, промежуточная, нижняя), числом крыльев, примыкающих к собранной выработке (односторонняя, двухсторонняя), числом выработок, служащих для транспортирования угля, породы, вспомогательных материалов, а также для доставки людей.
Пропускная способность приемно-отправительных станций определяется по пропускной способности погрузочного или перегрузочного пункта в зависимости от технологической схемы этих узлов сопряжений (бункерная или безбункерная).
Слайд 158Транспорт в околоствольных дворах
Околоствольный двор является основной приемно-отправительной станцией транспортной
системы шахты. Он выполняет следующие транспортные функции: прием составов с
углем и породой, поступающих из подземных выработок к стволам шахты, прием оборудования, выдаваемого на поверхность, прием оборудования и материалов, поступающих с поверхности шахты, формирование составов различного назначения, прием рабочих. Спускаемых в шахту и поднимаемых на поверхность кроме основных функций околоствольный выполняет вспомогательные функций, связанные с вентиляцией, водоотливом, распределением энергии и т. д.
Основным классификационным признаком схем околоствольных дворов является порядок движения грузовых и порожняковых составов в пределах околоствольного двора при их обмене. По этому признаку околоствольные дворы подразделяются на челноковые, тупиковые и петлевые.
В круговых околоствольных дворах грузовые ветви располагаются под углом относительно главного откаточного штрека, в челноковых - главной откаточной выработкой является грузовая ветвь скипового ствола. Имея ту же конфигурацию, что и челноковый, тупиковый околоствольный двор примыкает к главной откаточной выработке только одной порожняковой ветвью.
Слайд 159Технологическая схема петлевого околоствольного двора с откаткой грузов в вагонетках
Слайд 160Технологические схемы подземного транспорта
Схемы подземного транспорта любой шахты на определенный
момент времени характеризуются пространственным расположением транспортных горных выработок и эксплуатируемыми
в них средствами транспорта.
Транспортная система угольной шахты в своей подземной части, может быть разделена на взаимосвязанные подсистемы участкового и магистрального транспорта.
Участковый транспорт представляет собой совокупность транспортных средств и устройств, размещенных в горизонтальных и наклонных выработках, расположенных в пределах выемочной панели и выемочного участка этажа.
К участковым транспортным выработкам относятся: бортовые (участковые) и сборные штреки, к которым примыкают очистные забои; ярусные, под этажные, промежуточные и параллельные штреки, вспомогательные и промежуточные квершлаги, панельные и участковые бремсберги и уклоны, наклонные ходки, просеки, печи и гезенки.
Магистральный транспорт представляет собой совокупность транспортных средств и устройств, размещаемых в главных горизонтальных и капитальных наклонных выработках, по которым осуществляется транспортирование грузов от выемочных участков до околоствольного двора или поверхности шахты (при наличии наклонного
Слайд 161Технологическая схема транспорта выемочного участка при отработке столба по падению
одиночной лавой
Слайд 162Технологическая схема транспорта выемочного участка при разработке горизонтального пласта
Слайд 163ствола). К магистральным выработкам относятся: штреки (капитальные, основные, промежуточные) на
горизонте околоствольного двора, этажные штреки и квершлаги на промежуточных горизонтах
шахты, наклонные стволы, капитальные уклоны и бремсберги, к которым примыкают этажные штреки, межгоризонтальные (промежуточные, предаточные) наклонные выработки.
Все технологические схемы транспорта разделяются на две группы: бесступенчатая и ступенчатая.
Под бесступенчатой следует понимать такую схему, которая обеспечивает осуществление непрерывности (поточности) транспортирования грузопотока от погрузочного пункта очистного забоя до околоствольного двора без смены основного вида транспортного оборудования или перецепки сосудов. Если в схеме транспорта угля от забоя до околоствольного двора происходит смена видов основного транспортного оборудования или перецепка откаточных сосудов, ее следует считать одно или многоступенчатой. Наиболее прогрессивными следует считать бесступенчатые схемы со сплошной конвейеризацией.
Основными горно-геологическими и горнотехническими факторами, определяющими выбор технологической схемы транспорта, являются: угол падения пласта, глубина разработки, мощность и природная газоносность пласта; размеры шахтного поля по падению и простиранию; схемы и параметры вскрытия, подготовка и система разработки; порядок обработки шахтных полей и выемочных участков; степень концентрации и интенсификации горных (очистных и подготовительных) работ, а также
Слайд 164Рис – Технологическая схема транспорта конвейеризированной бремсберговой панели с тремя
наклонными выработками
Слайд 165схемы и средства их механизации; схемы проветривания; сечение горных выработок;
физико-механические свойства вмещающих пород и транспортируемого материала; число и схема
расположения забоев очистных и подготовительных выработок; число рабочих горизонтов, искривленность горных выработок в профиле и плане.
Основным направлением совершенствования схем подземного транспорта шахт является полная конвейеризация транспортирования угля. При этом в качестве вспомогательного транспорта должны применяться монорельсовые дороги с подвесными дизелевозами.
Слайд 166ПРОЦЕССЫ ПОДДЕРЖАНИЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ
ВЫРАБОТОК
Слайд 167Общие положения
Для правильного функционирования подготовительных выработок необходимо, чтобы площадь их
поперечного сечения соответствовала проектной и удовлетворяла требованиям Правил безопасности.
Под воздействием
напряжений породы, окружающие выработку, могут деформироваться и разрушатся, вызывая изменения поперечного сечения выработки и поломку крепи. Степень разрушения и смещение пород, а также поломок крепи зависит от расположения выработки по отношению к очистным забоям.
Подготовительные выработки могут испытывать влияние очистных работ в следующих зонах: I-вне зоны влияния очистного забоя; II-в зоне влияния временного опорного давления впереди очистного забоя; III-в зоне влияния временного опорного давления позади очистного забоя; IV-в зоне установившегося опорного давления позади очистного забоя; V-в зоне повторного временного опорного давления впереди очистного забоя; VI-в зоне повторного временного опорного давления позади очистного забоя; VII-в зоне повторного установившегося опорного давления.
Если подготовительная выработка находится на расстоянии от места ведения очистных работ, превышающем размеры зон опорного давления, то она располагается вне зоны влияния очистных работ. Если же указанное расстояние меньше зоны опорного давления, то выработка попадает в зону влияния очистных работ.
Слайд 168Схема расположения зон опорного давления в подготовительных выработках.
Слайд 169Под влиянием опорного давления деформации пород и перемещение их в
сторону выработки становятся более интенсивными. Характер деформаций и величина смещений
зависят от многих горно-геологических и горнотехнических факторов, определяющих напряженное состояние и физико-механические свойства пород. В условиях деформирующихся пород применяют специальные мероприятия и способы охраны выработок от разрушения: за пределами выработок оставляют целики, выкладывают бутовые полосы или сооружают специальные искусственные ограждения (костры, бетонные стенки и т. д.), препятствующие обрушению и значительному опусканию пород кровли.
Однако мероприятия по охране выработок не обеспечивают полной их сохранностью и безопасности работы людей, так как не предупреждают деформации и разрушения пород непосредственно около выработки. Поэтому дополнительно применяют различные виды крепи и средства упрочнения пород. Если же эти мероприятия не дают положительного эффекта и площадь сечения выработки уменьшается до недопустимых по ПБ размеров, то производят ремонтные работы с подрывкой пород.
Комплекс мероприятий по креплению и ремонту выработки, а также по упрочнению окружающих выработку пород называют ее поддержанием.
Для уменьшения объема работ по ремонту выработок и затрат на эти работы применяют различные способы снижения напряжений и
Слайд 170упрочнение массивов, окружающих выработку пород.
Снижение напряжений может быть достигнуто: путем
выбора рационального для заданных горно-геологических условий способа охраны выработки; проведением
выработок позади очистного забоя; проведение выработок широким забоем; над работкой или подработкой выработки; искусственным уменьшением длины зависающих над выработанным пространством консолей пород (взрывным способом) и др.
Упрочнение окружающих выработку пород осуществляется применением различных видов рамных крепей, анкерных крепей, временных усиливающих крепей, нагнетанием в породы вяжущих веществ. Однако перечисленные меры не могут полностью предотвратить смещение пород кровли, почвы и боков выработки, что приводит к необходимости применения податливых крепей. В различных горно-геологических и горнотехнических условиях величины смещения окружающих выработку пород различны, иногда они превышают податливость применяемых в настоящее время наиболее распространенных арочных крепей (величина податливости трехзвенной арочной крепи 400 мм, пятизвенной 800 мм). В этом случае крепь деформируется и выработка требует ремонта. Один из основных способов уменьшения объема ремонта выработок - проведение их с запасом на смещение пород.
Слайд 171Возведение бутовых полос и охранных сооружений
В настоящие время наиболее распространенными
способами охраны подготовительных выработок являются применение различных искусственных сооружений и
возведение бутовых полос.
При проведении выработок вслед за лавой, а также для охраны выработок, используемых повторно, возведение плотных бутовых полос производится с помощью дробильно-закладочного комплекса "Титан-1".
Комплекс состоит из дробильно-закладочной машины "Титан-1", воздуходувки ВП70, закладочного трубопровода, передвижного распредпункта, породопогрузочной машины (ППМ4У или 1ПНБ2, 2ПНБ2) и ленточного перегружателя.
Область применения комплекса - штреки с площадью сечения 7-15 м2 в свету, проводимые в породах с коэффициентом крепости до 8 по шкале проф. М.М. Протодъяконова при мощности пласта до 1,5 м и угле наклона при выкладке бутовой полосы по падению до 250, а по восстанию до 150.
Комплекс применяется при работе очистного забоя, позади которого выкладывается бутовая полоса, крепится деревянной крепью. Ширина выкладываемой бутовой полосы - до 35 м.
Комплекс "Титан-1" работает следующим образом. Взорванная при проведении выработок порода грузится породопогрузочной машиной в приемный бункер дробильно-закладочной машины. Измельченная порода подается в закладочное устройство, а затем небольшими порциями - в
Слайд 172Схема проведения штрека с подрывкой кровли и возведением бутовой полосы.
Слайд 173поток сжатого воздуха, поступающего от воздуходувки, и по закладочному трубопроводу
попадает в выработанное пространство. Закладка ведется полосами шириной 2,4 м.
В качестве ограждения применяется металлическая сетка с ячейками 5х5 мм, которая прибивается к стойкам крепи.
Для формирования породной полосы на конце трубопровода установлен шарнирный отклоняющий патрубок. По мере заполнения огражденного пространства трубопровод укорачивают на одну линейную секцию. Хронометражными наблюдениями установлено, что время выполнения закладочных работ составляет около 23% общего времени проходческого цикла. Плотность породной полосы при закладке сухим материалом составляла 0,74 и влажным - 0,77 плотности породы в массиве.
Технология возведения жестких полос из твердеющих материалов заключается в следующем. Позади очистного забоя на расстоянии 1,5 м от подготовительной выработки возводится деревянная опалубка для жесткой полосы. Ширина полосы 1,3 м. Материал, состоящий из вяжущего и наполнителя, загружается в контейнеры на поверхности. Для предотвращения преждевременного схватывания материала контейнеры имеют два отделения, что позволяет не смешивать материал и транспортировать его порциями. Контейнеры доставляются в шахту и подаются к нише, расположенной на бортовом штреке. Здесь контейнеры разгружаются в бункер, а затем в бетономешалку. Из бетономешалки перемешанный материал поступает на ленточный перегружатель,
Слайд 174Расположение жесткой полосы из твердеющих материалов.
Слайд 175которым подается в бетонирующую машину.
Из бетонирующей машины материал по
трубопроводу и гибкому шлангу с помощью сжатого воздуха подается к
соплу, где смешивается с водой и в виде смеси выбрасывается в межопалубочное пространство. Для возведения полосы используется смесь следующего состава (в %): цемента М600-25, щебня фракции 20 мм - 50 и песка - 25.
Слайд 177Рудничная атмосфера
Воздух, заполняющий горные выработки, называется рудничным. Его называют свежим,
если его состав существенно не отличается от атмосферного. К нему
относят воздух, поступающий в подземные выработки до забоев и рабочих мест.
Воздух, прошедший объекты проветривания и насыщенный вредными газами и пылью, называют загрязненным (отработанным). По своему составу он отличается от атмосферного.
Основные составляющие рудничной атмосферы - кислород, азот, углекислый газ; в ней могут присутствовать также ядовитые (окись углерода, оксиды азота, сернистый ангидрид, сероводород, акролеин, альдегиды и др.), взрывчатые (метан, водород и др.) и радиоактивные газы, пары воды.
Химический состав рудничной атмосферы зависит от геологических условий, технологии добычи полезного ископаемого, типа применяемого оборудования. Основные источники химического загрязнения - газовыделение из горных пород, процессы окисления, взрывные работы, работающее горное оборудование
Слайд 178При перемещении атмосферного воздуха по подземным выработкам изменяются его физическое
состояние (давление, температура, влажность, плотность), химический состав, происходит загрязнение его
механическими примесями.
Давление воздуха повышается при движении его вниз по выработкам и понижается при движении вверх. На величину давления рудничного воздуха оказывает также влияние работа шахтных вентиляторов.
Особенность теплового состояния воздуха в подземных выработках по сравнению с атмосферным заключается, во-первых, в уменьшении суточных и сезонных колебаний его температуры, во-вторых, в повышении температуры по сравнению со среднегодовой на поверхности. С увеличением глубины разработки температура воздуха повышается и в глубоких шахтах при отсутствии охлаждения может достигать 30° С. Влажность шахтного воздуха повышается вследствие притока в выработки подземных вод и при выполнении отдельных технологических процессов и составляет в среднем 80—90%.
Загрязнение воздуха механическими примесями в подземных выработках выше, чем на поверхности, вследствие происходящих в шахте процессов дробления горных пород и полезного ископаемого.
Изменения состава воздуха при его движении по горным выработкам состоят в уменьшении содержания кислорода, увеличении содержания углекислого газа и азота и в появлении газов, не содержащихся в атмосфере (метан, окись углерода и др.).
Слайд 179Воздух, претерпевший определенные изменения и заполняющий горные выработки, называется рудничным
воздухом. Воздушная струя, движущаяся от поверхности по воздухоподающему стволу до
забоев, называется поступающей, а от забоевк воздуховыдающему стволу — исходящей.
Состав рудничного воздуха строго регламентируется Правилами безопасности в угольных и сланцевых шахтах.
Содержание кислорода в выработках, в которых находятся или могут находиться люди, должно составлять не менее 20%.
Содержание углекислого газа не должно превышать: на рабочих местах и исходящих струях участков — 0,5%, в выработках с исходящей струей крыла, горизонта или шахты — 0,75%.
Содержание в действующих подземных выработках ядовитых газов не должно превышать: окиси углерода — 0,0016%, окислов азота — 0,00025%, сернистого ангидрида — 0,00035% , сероводорода — 0,00066%.
Слайд 180Основные ядовитые газы и их предельно допустимая концентрация
Слайд 181Метан
Наибольшую опасность в угольных шахтах представляет метан. Он может выделяться
из обнаженных поверхностей пласта, вмещающих пород, из отбитого угля и
выработанного пространства.
В горных породах метан находится в двух состояниях: в виде свободного и сорбированного (связанного) газа. На современных глубинах разработки основное количество метана (до 90%) находится в сорбированном состоянии. Количество метана, содержащегося в природных условиях в единице массы или объема угля или породы, называется метаноносностью (размерности м3/т; м3/м3).
Основными факторами, определяющими метаноносность угленосных отложений, являются степень метаморфизма углей, сорбционная способность, пористость и газопроницаемость пород; глубина залегания, гидрогеология и угленасыщенность месторождения. Метаноносность угольных пластов увеличивается с глубиной залегания, достигая в пределах изученных глубин 25—35 м3/т. Метаноносность пород достигает 4—6 м3/т. При ведении горных работ вследствие изменения напряженного состояния пород вблизи выработки часть сорбированного метана переходит в свободное состояние.
Для количественной оценки уровня газовыделения в горные выработки введено понятие абсолютной и относительной газообильности.
Слайд 182Абсолютной газообильностью называется количество метана, выделяющегося в шахте в течение
определенного промежутка времени.
Относительной газообильностью называется количество метана, выделяющегося на 1
т суточной добычи.
Содержание метана в атмосфере подземных выработок должно соответствовать нормам, установленным Правилами безопасности в угольных и сланцевых шахтах.
Если оно превышает допустимые нормы, то все работы должны быть прекращены и должны быть приняты меры для разгазирования выработки.
Метан газ без цвета, запаха и вкуса. Относительная плотность 0,554 г/см3. Не ядовит, но, вытесняя кислород из воздуха, может действовать удушающе. Метан способен гореть в смеси с воздухом и взрываться. При горении и взрыве при достаточном содержании кислорода образуется углекислый газ и вода, а при недостаточном содержании кислорода образуется окись углерода и вода.
Температура воспламенения метана 650-750ºС. Особенность воспламенения метановоздушной смеси в наличии индукционного периода, то есть запаздывания. Так, при температуре воспламенения 650ºС запаздывание взрыва составляет до 10 секунд. При концентрации метана до 5% и выше 16% он горит. При концентрации в воздухе от 5 до 16% метан взрывается. Наибольшей силы взрыв происходит при концентрации метана 9,5%.
Слайд 183Категории угольных шахт по метанообильности
Слайд 184
Предельное содержание метана в горных выработках
Слайд 185Контроль концентрации метана в шахте должен осуществляться во всех выработках,
где может выделяться или скапливаться метан. Места и периодичность замеров
устанавливаются начальником участка ВТБ и утверждаются главным инженером шахты.
Меры предотвращения взрыва метановоздушной смеси:
- разбавление метана свежим воздухом за счёт общешахтной нагнетательной вентиляции и местной всасывающей (это главное требование!), чтобы создать разряженное давление в забое;
- изоляция выработанного пространства;
- регулярный замер газа;
- контроль за состоянием проветривания;
- дегазация пластов опережающим бурением скважин и шпуров, нагнетанием в пласт воды (до гидроразрыва), применяют при выделении метана более 3-4 м3/мин, например, с использованием вакуум-насосных и газоотсасывающих установок;
- дегазация выработанного пространства;
- запрет на открытый огонь в шахте, взрыво- и искробезопасное исполнение горного оборудования;
- при взрывной отбойке использовать только предохранительные патронированные ВВ с электродетонаторами при интенсивном проветривании забоя.
Слайд 186Рудничная пыль
Рудничная пыль – это мельчайшие частицы твёрдого минерального вещества,
способные достаточно длительное время находиться в воздухе во взвешенном состоянии
(аэрозоль), осевшую пыль на почве и бортах выработок – называют аэрогелем. При скорости движения струи воздуха более 4-5 м/с происходит сдувание слежавшейся пыли со стенок выработок. В качестве основной единицы измерения запылённости воздуха принята весовая концентрация.
Существуют нормы предельно-допустимой концентрации различных видов минеральной пыли, вызывающей различные тяжёлые заболевания. Для измерения и контроля запылённости рудничного воздуха применяются пылемер МакНИИ ФПГ-6, Ф-1, различные счётчики типа ТВК, СН, приборы для определения взрывчатых свойств угольной пыли типа ПКО-1м.
Угольная пыль. Наиболее взрывчата тонкодисперсная пыль размером менее 0,1-0,06 мм. С увеличением содержания летучих веществ до 15-30% взрывчатые свойства угольной пыли возрастают. Температура воспламенения пыли – около 550 С.
Нижний предел концентрации пыли, взвешенной в рудничном воздухе, при которой она взрывается, составляет 10-300 г/м3 (для каменных углей он равен 20-25 г/м3, для некоторых бурых углей – 10-15 г/м3, для угля марки ПА - 300 г/м3).
Слайд 187Присутствие метана в рудничном воздухе значительно повышает степень взрывчатости взвешенной
пыли:
Сланцевая пыль – всё то же самое, но величины
концентрации – другие. Нижний предел взрываемости в зависимости от количества летучих веществ изменяется от 6 до 400 г/м3, для отложившейся пыли предел взрываемости – 75 г/м3.
Предотвращение взрыва угольной и сланцевой пыли:
- применение очистных комбайнов с резанием крупными стружками (будет меньше тонкодисперскных частиц), с увлажнением угля, сланца;
- осаждение пыли водяными завесами;
- интенсивное проветривание;
- побелка обнажённых на длительное время участков массива угля и сланца.
Слайд 188Нормы предельно допустимых концентраций (ПДК) пыли в рудничном воздухе
Слайд 189Для пылеподавления при различных производственных процессах применяются технические средства и
технологические мероприятия:
- рациональные схемы вскрытия и системы разработки;
-
снижение диаметра бурового инструмента;
- бурение шпуров с промывкой (расход воды на перфоратор от 5 до 10 л/мин);
- осаждение пыли водяной завесой (переносными оросителями с расходом 0,1-0,2 л/с);
- сокращение вторичного дробления;
- сухое пылеулавливание, пылеуловителями типа ВНИИ-1м-60, ДСН-3, УП3, ПВ-1 и другими;
- нагнетание воды в угольный пласт;
- вентиляция общешахтная и местная;
- индивидуальные средства защиты от пыли…
Слайд 193 Климатические условия в шахтах
Климатическими условиями называют определённое сочетание
физических параметров рудничной атмосферы: температуры, относительной влажности, теплоотдачи пород, давления
и подвижности воздуха. Эти параметры оказывают существенное влияние на самочувствие и работоспособность людей.
Большое значение для создания нормальных условий работы в шахтах имеет управление тепловым режимом.
В вентиляционной струе по мере продвижения ее от поверхности к очистным забоям непрерывно происходят термодинамические процессы, вызывающие увеличение влаго- и теплосодержания. Температура воздуха повышается вследствие сжатия вентиляционной струи под давлением столба воздуха, тепловыделения из породных массивов, различных экзотермических реакций, происходящих в выработках, механической работы, отдачи тепла от добытого полезного ископаемого и шахтной воды и под действием ряда других факторов. Большое влияние на температуру рудничного воздуха оказывает температура поступающего в шахту воздуха, изменяющаяся в довольно широких пределах в течение года и даже суток.
По данным исследований гигиенистов, при температуре воздуха свыше +28° С производительность труда шахтеров снижается на 30—40%. Установлено также, что самочувствие трудящихся зависит не
Слайд 194только от температуры, но и от соотношения между температурой, влажностью
и скоростью движения воздуха.
Температура рудничного воздуха – зависит от
теплоотдачи горных пород, их окисления, сжатия воздуха при опускании по стволу (на каждые 100 м глубины температура повышается на 0,7 С во влажных и на 10С – в сухих стволах).
Для определения температуры используют термометры и термографы, манометрический дистанционный термометр.
Слайд 195Шахтные вентиляционные сети
Проветривание шахты осуществляется путём создания воздушного потока в
сети горных выработок. Принятое направление воздушных потоков в сети определяет
схему проветривания шахты и отдельных ее участков. В шахтную вентиляционную сеть входят горные выработки и сооружения, по которым движется воздух, а также выработки, вентиляционные сооружения и выработанное пространство, через которые просачивается атмосферный воздух. Направление воздушных потоков осуществляется с помощью вентиляционных сооружений (вентиляторы, перемычки, двери, трубопроводы, кроссинги и др.).
Воздушные потоки, потоки вредных примесей (газов, пыли, тепла), вентиляционная сеть, вентиляционные сооружения и источники тяги в сети образуют шахтную вентиляционную систему, которая характеризуется схемой движения воздуха в сети, интенсивностью вентиляционного процесса (обмена и переноса массы и энергии), аэродинамическим режимом воздушных течений. Её главными параметрами являются концентрация вредных примесей в шахтной атмосфере, объёмные дебиты воздушных потоков (воздухораспределение в сети), аэродинамические сопротивления горных выработок и сооружений, депрессия источников механической и естественной тяги. ШВС обычно находится в квазистационарном состоянии (т. е. в среднем стационарна).
Слайд 196Процесс проветривания очистных выработок
Очистные выработки на угольных шахтах являются местами
наиболее интенсивной производственной деятельности. Следствием горных работ является выделение вредных
газов из полезного ископаемого и пород, в результате взрывных работ, выделение тепла и рудничной пыли.
Основная цель проветривания — обеспечение выработок необходимым количеством воздуха для дыхания рабочих. Кроме того, в задачи проветривания входит разбавление и вынос вредных газов, выделяющихся в очистных забоях, обеспечение нормального температурного режима и снижение содержания пыли до допустимых пределов.
Эффективность проветривания в значительной мере зависит от принятой схемы вентиляции, т. е. от взаимного расположения выработок, служащих для подачи в шахту свежего воздуха и удаления исходящей струи. Схемы вентиляции должны обеспечивать максимальное использование подаваемого воздуха, что достигается снижением бесполезных утечек, уменьшением числа или полным исключением регулирующих устройств, устранением источников загрязнения поступающего воздуха, отводом исходящей из забоя струи непосредственно в вентиляционные выработки, в которых работы не производятся. Схемы должны быть надежными и должны обеспечивать необходимый контроль за вентиляционными параметрами и управление ими.
Слайд 197Возвратноточная схема проветривания участка
Слайд 198Прямоточная схема проветривания участка
Слайд 199Схемы последовательного проветривания очистных забоев
Слайд 200Схема проветривания участка с подсвежением струи
Слайд 201Достоинства возвратноточной схемы проветривания: ее простота, надежность, отсутствие вентиляционных устройств.
Недостатками возвратноточной схемы при прямом порядке отработки являются значительные утечки
через выработанное пространство при большой длине штреков, увеличение аэродинамического сопротивления подготовительных выработок вследствие деформации крепи, поступление в лаву исходящей струи из откаточного штрека, опережающего очистной забой. При обратном порядке отработки недостатком возвратноточной схемы в условиях газовых шахт является возможность образования опасных концентраций метана в месте сопряжения лавы и вентиляционного штрека.
При прямоточной схеме проветривания добычных участков воздух поступает по откаточному штреку, омывает очистной забой и выходит в вентиляционный штрек. Воздух проходит по откаточному штреку без потерь до очистного забоя, что обеспечивает хорошее проветривание даже при значительной длине штрека. Если вентиляционный штрек расположен позади лавы, утечки, как правило, полностью расходуются на разбавление газа в выработанном пространстве и затем поступают в вентиляционный штрек, минуя очистной забой, благодаря чему в лаве не образуется опасных скоплений метана.
Схема прямоточного проветривания участка с выходом вентиляционной струи впереди забоя в этом отношении является менее эффективной, так как в месте сопряжения вентиляционного штрека
Слайд 202и лавы могут образоваться опасные скопления газа, как и при
возвратноточной схеме.
При одновременной разработке нескольких выемочных участков на негазовых шахтах
или на шахтах с незначительной газообильностью допускается последовательное проветривание очистных забоев без подсвежения и с подсвежением вентиляционной струи.
В последнем случае к исходящей из первой лавы струе перед поступлением ее в вышележащую лаву добавляется свежий воздух, подводимый по подэтажному штреку.
Недостатком последовательного проветривания является ухудшение атмосферных условий во второй лаве. Правилами безопасности оно допускается при условии, что концентрация метана в струе воздуха, поступающей во вторую лаву, не превышает 0,5%.
Слайд 204Проветривание тупиковых выработок
Проветривание тупиковых выработок должно производиться с помощью вентиляторов
местного проветривания (ВМП) или за счет общешахтной депрессии.
При проветривании
за счет общешахтной депрессии подача воздуха в забой тупиковых выработок производится за счет работы вентиляторов главного проветривания с применением продольных перегородок, вентиляционных труб, скважин и параллельных выработок.
Продольные перегородки применяются тогда, когда к забою нужно подать большое количество воздуха при небольшой длине выработок (не более 60 м). Продольные перегородки возводятся из прорезиненной ткани, досок, кирпича и др. Основное требование к перегородкам - воздухонепроницаемость. Для борьбы с потерями воздуха перегородки должны покрываться цементным раствором или глиной, торкретбетоном или пенополиуретаном. Продольные перегородки используются редко.
Проветривание тупиковых выработок с помощью жестких вентиляционных труб может быть осуществлено в сочетании с перемычкой. Так как сопротивление труб сравнительно велико, этот способ применяется для проветривания коротких выработок. В зависимости от конкретных условий по трубе может подаваться свежий воздух или удаляться загазированный.
Слайд 205Схемы проветривания тупиковых выработок за счет общешахтной депрессии с применением
продольной перегородки (а) и вентиляционной трубы, подающей воздух в забой
(б) и отсасывающей воздух из забоя (в).
Слайд 206Проветривание тупиковых выработок
Проветривание тупиковых выработок должно производиться с помощью вентиляторов
местного проветривания (ВМП) или за счет общешахтной депрессии.
При проветривании
за счет общешахтной депрессии подача воздуха в забой тупиковых выработок производится за счет работы вентиляторов главного проветривания с применением продольных перегородок, вентиляционных труб, скважин и параллельных выработок.
Продольные перегородки применяются тогда, когда к забою нужно подать большое количество воздуха при небольшой длине выработок (не более 60 м). Продольные перегородки возводятся из прорезиненной ткани, досок, кирпича и др. Основное требование к перегородкам - воздухонепроницаемость. Для борьбы с потерями воздуха перегородки должны покрываться цементным раствором или глиной, торкретбетоном или пенополиуретаном. Продольные перегородки используются редко.
Проветривание тупиковых выработок с помощью жестких вентиляционных труб может быть осуществлено в сочетании с перемычкой. Так как сопротивление труб сравнительно велико, этот способ применяется для проветривания коротких выработок. В зависимости от конкретных условий по трубе может подаваться свежий воздух или удаляться загазированный.
Слайд 207Нагнетательный способ проветривания
Всасывающий способ проветривания
Слайд 208Комбинированный способ проветривания
Проветривание параллельных выработок
Слайд 209При проведении выработок воздух подается в призабойное пространство или отсасывается
из него по трубам вентиляторами местного проветривания. Трубы применяют металлические,
пластмассовые или матерчатые. Вентиляторы местного проветривания бывают с электро-(ВМ-ЗМ, ВМ-4М, ВМ-5М, ВМ-6М, ВМ-8М, ВМ-12М, СВМ-4М, СВМ-5М и СВМ-бМ) и пневмоприводом (ВМП-ЗМ, ВМП-4М, ВМП 5М и ВМП бМ). Для проветривания длинных (до 2,5—З км) тупиковых выработок центробежный вентилятор ВЦ 9. При нагнетательном способе проветривания свежий воздух поступает к забою по вентиляционным трубам, а загрязненный удаляется по выработке Вентилятор при этом устанавливают на свежей струе не ближе 10 м от устья проветриваемой выработки. Конец вентиляционной трубы отстоит от забоя не далее чем на 10 м.
При всасывающем способе вентилятор также устанавливают в ГО—15 м от устья проветриваемой выработки. Так как при нагнетательном способе проветривания вредные газы и пыль переносятся по выработке с небольшой скоростью, продолжительность проветривания забоя зависит от длины выработки. Поэтому нагнетательный способ применяют при длине выработок до 300—500 м, а также при проходке шахтных стволов, потому что естественное движение газов после взрыва совпадает с направлением движения воздуха. Всасывающий способ проветривания применяется при длине проветривания 400—1000 м. Проветривание выработок большей длины осуществляется нагнетательно-всасывающим способом.
Слайд 210В этом случае отсасывающий вентилятор, являющийся основным, устанавливают в выработке
вблизи ее устья, а нагнетательный (вспомогательный) — на некотором расстоянии
от забоя выработки. Подача вспомогательного вентилятора должна быть на 25—30 % меньше подачи основного. Комбинированный способ проветривания позволяет уменьшить длительность проветривания до 5—12 мин.
Слайд 211Дегазация шахт
Дегазация шахт, мероприятия по отсосу, сбору и выводу из
подземных горных выработок на поверхность рудничного газа или газо-воздушной смеси.
Вывод газа из шахты производится по проложенным в горных выработках трубопроводам или по буровым скважинам, соединяющим выработки с поверхностью.
Дегазацию применяется для уменьшения поступлений метана из угольных пластов и пород в горные выработки и облегчает проветривание шахты, полностью прекращает или значительно снижает простои выемочных (добычных) участков из-за загазирования выработок; позволяет применять в газовых шахтах электроэнергию вместо менее эффективной пневматической энергии; повышает производительность труда рабочих и безопасность ведения горных работ в газовых шахтах и при определенных условиях предотвращает полностью или частично (снижает интенсивность) необычные газопроявления — суфляры, внезапные выбросы угля и газа и т.п.
Дегазационные системы состоят из дегазационных горных выработок или буровых скважин, шахтных газопроводов с защитными устройствами, дегазационных установок, регулирующей, регистрирующей и защитной аппаратур и устройств, а в случаях утилизации каптируемого газа — также и газопровода к потребителю (оборудуются на поверхности шахт и состоят из вакуумнасосов или ротационных воздуходувок с неискрящими лопатками, обеспечивающих
Слайд 212движение газа в дегазационной системе, приводов к ним и аппаратуры,
регулирующей и контролирующей работу машин и приводов).
Применение дегазации привело
к созданию новой технологии разработки газоносных угольных пластов, которые в ряде наиболее газоносных месторождений разрабатываются комплексно с учётом попутной добычи метана.
Известны три основных способа дегазации: предварительная дегазация разрабатываемых угольных пластов, дегазация смежных угольных пластов и отсос концентрированных метано-воздушных смесей из выработанных пространств. Предварительная дегазация шахт проводится до начала разработки угольного пласта и заключается в бурении параллельных скважин глубиной по 100—250 м и диаметром 80—120 мм через 10—25 м. Каждая дегазационная скважина через водоотделитель подсоединяется к шахтной сети газопроводов. Отсос газа из угольного пласта производится под разрежением до 13,5—27 кн/м2 (100—200 мм pm. cm.) в течение длительного периода времени (свыше 100—150 суток). При дегазации смежных угольных пластов используется эффект частичной их разгрузки от горного давления, способствующий переходу сорбированного этими пластами метана в свободное состояние. При этом способе дегазации скважины бурят из горных выработок до смежных пластов, залегающих выше и ниже разрабатываемого пласта на различных расстояниях, не превышающих радиус эффективной дегазации.
Слайд 213Скважины подсоединяются к газопроводной системе. При отсосе газа из выработанных
пространств они тщательно изолируются перемычками и воздухонепроницаемыми (например, из породы
с различными уплотнителями) полосами от действующих горных выработок и при помощи шахтных газопроводов производится отвод газа с высоким содержанием метана, скопившегося в пустотах, образованных между обрушившимися кусками пород.
Слайд 214Способы дегазации угольных шахт
При подземной дегазации пробуриваются скважины, из
которых происходит каптаж (улавливание в скважины, затем отсасывание метана из
дегазационных скважин в специальный газопровод и далее - на земную поверхность).
Для усиления отдачи газа в скважинах применяют методы искусственного повышения газоотдачи угольного пласта. Для снижения дебита метана при проходке выработок производят тампонаж газопроводящих трещин вокруг выработки на глубину до 2-4 м (при давлении метана до 0,15 МПа и дебите до 2,5-3 м3/т).
Дегазацией достигается следующее:
1) при снижении содержания метана на 1% скорость проходки можно увеличить в 2-3 раза и в 2 раза повысить производительность добычи угля;
2) нет необходимости усиливать проветривание выработок, проходить дополнительные вентиляционные шурфы;
3) собранный в ёмкости метан в дальнейшем можно использования в виде топлива или сырья для химической промышленности.
За рубежом для предварительной дегазации обычно используют длинные (до 150-180 м) скважины большого (200-250 мм) сечения, пробуренные из соседних с лавой подготовительных выработок.
Слайд 215Дегазации подвергаются не только угольные пласты, но и зоны тектонических
нарушений. От природных условий (газоносность, газопроницаемость, влажность, степень метаморфизма угля,
мощность пластов) и горнотехнических условий (глубина разработки, способ подготовки и система разработки, способ управления горным давлением) зависит выбор способа дегазации. Так, в Донбассе преобладает (75-78% объёма метана) дегазация смежных пластов-спутников длинными подземными скважинами из подготовительных выработок, скважинами, пробуренными с земной поверхности забирается ещё 13-15%, кроме того, из выработанного пространства отсасывается 6-7%, и ещё около 2% объёма метана забирается из скважин при предварительной дегазации пластов. Всего же дегазацией извлекается 10-15% объёма выделяющегося метана (табл. 9), большая часть 85-90% газа удаляется из шахты за счёт общешахтной депрессии, т.е. за счёт проветривания.
Слайд 217Дегазация при проходке выработок
Для дегазации вертикальных капитальных выработок (при
проходке стволов и гезенков) бурятся скважины длиной 30-90 м и
диаметром 80-120 мм либо из специальных ниш-камер, устраиваемых по бокам ствола, либо непосредственно из забоя ствола, через каждые 20-80 м его длины. При этом зона дегазации в горизонтальном сечении должна превышать диаметр ствола на 5-8 м, а опережение проходческого забоя дегазационными скважинами должно быть не менее 5-9 м.
Другой вариант - тампонаж газопроводящих трещин и стенок выработки производится с использованием шпуров диаметром 42 мм и длиной до 2-3 м - под давлением нагнетания глинистого или цементного раствора 2-2,5 МПа, совместно с тампонажем обычно применяется нанесение набрызгбетона толщиной 20 мм на стенки выработки.
Тампонаж снижает газоприток в выработки на 15-20%. При дебите метана свыше 3-3,5 м3/мин при проходке горизонтальных выработок применяется:
а) опережающее бурение дегазационных скважин диаметром 50-120 мм и длиной 30-90 м непосредственно из забоя;
б) бурение скважин в обе стороны от выработки из специальных бортовых ниш-камер (рис. 8) через каждые 30-50 м;
в) бурение из бортовых ниш-камер опережающих забой на 5-10 м скважин длиной 15-100 м и диаметром 50-120 мм;
Слайд 218г) законтурное бурение ограждающих скважин (при дебите метана до 15-18
м3/мин) длиной до 200 м параллельно проходимой выработки на расстоянии
5-7 м от стенок её, при этом число скважин от 2 до 4 с каждой стороны выработки, диаметр 100 мм.
Схема дегазации при проходке квершлага по трещиноватым газосодержащим породам (Румыния):
1 – забой квершлага; 2 – ниша; 3 – дегазационная скважина
Слайд 219Дегазация отрабатываемых угольных пластов
Наиболее часто применяемыми способами дегазации
во всём мире являются:
а) предварительная дегазация с искусственным повышением
газоотдачи;
б) дегазация выработанного пространства
в) шахтно-бесшахтная дегазация.
Предварительная дегазация планируемых к отработке пластов производится в условиях естественного залегания угля, ещё не испытывающего опорного горного давления. По дегазируемому пласту поперёк столба из подготовительных выработок бурятся параллельные или пересекающиеся скважины, в которых собирается за счёт естественной диффузии метан, кроме того, создав в скважинах вакуум можно повысить на 20-30% газоотдачу пластов. Наиболее эффективны восстающие скважины и горизонтальные, наименее эффективны нисходящие скважины, пробуренные из подготовительных выработок (соотношение эффективности соответственно 1,3:1,2:1).
Слайд 220Схема дегазации бортовыми скважинами при проведении пластовых выработок (Япония):
1
– штрек в почве нижнего пласта; 2 – квершлаг; 3
–откаточный штрек; 4 – лава нижнего слоя; 5 – лава верхнего слоя; 6 –наклонная дегазационная выработка; 7 – главный пласт; 8 – нижний пласт
Слайд 221Передовая дегазация осуществляется скважинами, пробуренными вдоль и поперёк столба из
подготовительных выработок по пласту с опережением очистной выемки, при этом
метаноносность угля снижается на 30-60%.
Оптимальные параметры передовой дегазации:
- длина скважин 80-200 м;
- диаметр скважин 100, 120 или 150 мм;
- расстояние между скважинами 10-15 м;
- длительность дегазации 20-60 суток.
Дегазация подрабатываемых угольных пластов подземными скважинами. На больших глубинах и при высокой метаноносности угля над основным пластом проходят опережающую горную выработку – коллектор, в которую собирается метан и под которой возникает зона разгрузки от горного давления (опережение не более чем на 45-60 м). Из этой выработки бурятся дегазационные скважины (длиной 100-140 м и диаметром 100 мм) по пластам-спутникам и тем снижается выделение метана в основном пласте, кроме того, в коллекторе собирается газ и из выработанного пространства.
Слайд 222Схема предварительной дегазации мощного пологого пласта – восстающими, горизонтальными и
нисходящими скважинами (Караганда)
Слайд 223Дегазация выработанного пространства производится за счёт отсасывания метана из зон
обрушения над мощными пластами угля, для этого из ниш в
бортах подготовительных выработок бурятся скважины выше купола обрушения пород: из каждой ниши по 2-5 скважины, расстояние между нишами 40-50 м, длина скважин 50-60 м.
Шахтно-бесшахтный способ дегазации заключается в бурении с земной поверхности вертикальных скважин до уровня угольных пластов, где производится гидроразрыв, а затем – отсасывание газа, при этом суммарная мощность дегазируемых пластов должна быть не менее 3-4 м, глубина залегания пластов до 650 м, расстояние между скважинами 100-150 м, давление гидроразрыва 18-20 МПа, кроме того, дегазация подвергаются участки, где очистные работы начнутся не позже, чем через 2-4 года. В США этим способом извлекается 70-85% всего каптируемого метана.
