Технология подземных горных работ

Рисунок 1.17 - Комбинированное вскрытие с капитальным квершлагом и непо­средственной погрузкой угля на наклонный ствол: 1—штреки; 2—капитальный квершлаг;.3—вспомогательный вертикальный ствол; 4—главный наклонный ствол; 5—загрузочный бункер

1.10. Подготовка пластов в шахтном поле

1.10.1. Основные понятия

После вскрытия месторождения в пределах шахтного поля приступают к его подготовке, позволяющей начать добычу по­лезного ископаемого в очистных забоях. Подготовку шахтопластов ведут частями и по мере их отработки подготавливают следующие части. Следовательно, задачей подготовки является постоянное возобновление готовых к выемке запасов взамен отрабатываемых. Постоянное возобновление запасов называют воспроизводством запасов.

Подготовка пласта к очистной выемке состоит из двух эта­пов. На первом этапе проводят подготавливающие выработки на уровне транспортного горизонта. Этот этап называют спо­собом подготовки. В основу разделения способов подготовки положены два признака: расположение подготавливающих вы­работок относительно угольного пласта и число разрабатывае­мых пластов, обслуживаемых подготавливающей выработкой. На этом этапе подготавливающими выработками являются транспортные (главные) штреки. В зависимости от распо­ложения этих штреков относительно угольного пласта разли­чают пластовую и полевую подготовку пластов (рис. 1.18).

При пластовой подготовке транспортные штреки проводят по угольному пласту. Ее применяют при устойчивых боковых породах, а также на пластах с углями, не склонными к само­возгоранию. Это, как правило, пласты тонкие и средней мощ­ности. При неустойчивых боковых породах и на пластах с угля­ми, склонными к самовозгоранию, применяют полевую подго­товку, при которой полевые штреки проводят в породах лежа­чего бока. Для выхода на пласт от полевого штрека проводят промежуточные квершлаги. От этих квершлагов по пласту про­водят пластовые штреки, которые погашают вслед за выемкой. Как правило, полевая подготовка сопутствует мощным уголь­ным пластам.

В зависимости от числа пластов, обслуживаемых подготав­ливающей выработкой (штреком), различают индивидуальную и групповую подготовку пластов в шахтном поле.

Следующим этапом подготовки является проведение под­готавливающих выработок в плоскости пласта. К ним относят­ся проводимые в пределах выемочного поля наклонные (бремсберги, уклоны, скаты) и горизонтальные выемочные (конвей­ерные и вентиляционные штреки) выработки. Результатом вто­рого этапа подготовки яв­ляется образование очист­ных забоев принятой длины в количестве, обеспечиваю­щем принятую производ­ственную мощность шахты.

В зависимости от деления выемочной ступени шахтопласта на характерные части разли­чают панельную, этажную и погоризонтную подготовку вые­мочных полей. Их принято называть схемами подготовки.

Рисунок 1.18 - Пластовая (в) и поле­вая (б) подготовка угольных пла­стов: 1 — главный квершлаг; 2 — пластовый штрек; 3 — полевой штрек; 4 — промежуточный квершлаг; 5 — угольный пласт

1.10.2. Подготовка выемочных полей

После проведения в необходимом объеме горизонтальных подготавливающих выработок на транспортном горизонте при­ступают к проведению подготавливающих выработок в плоско­сти пласта, формирующих схему подготовки выемочных полей. Под схемой подготовки выемочного поля, понимают совокуп­ность характерно расположенных с учетом функционального назначения подготавливающих выработок, обеспечивающих формирование готовых к выемке частей шахтопласта.

В зависимости от деления выемочной ступени (шахтопла­ста) на части (см. рис. 1.8) различают панельную, этажную и погоризонтную подготовку.

Панельную подготовку применяют при любой мощности угольных пластов с углами падения до 20—25° (преимуществен­но до 15—18^е ). Размер панели по простиранию достигает 2,5—3 км. Ее размер по падению равен наклонной высоте выемочной сту­пени. Различают двусторонние (двукрылые) и односторонние (однокрылые) панели (рис. 1.19). В двусторонней панели бремсберг (уклон) с ходками проводят в середине выемочного поля по простиранию (рис. 1.19, а), в односторонней — у одной из его границ (рис. 1.19, б). Наиболее часто применяются двукры­лые панели.

В практике разработки угольных пластов применяют раз­личные схемы подготовки панелей. На рис. 1.19, а представлена наиболее простая схема, при которой для начала очистных ра­бот достаточно пройти главный транспортный штрек, бремсберг (уклон) с ходками и ярусные штреки. Более сложная схема (рис. 1.19, в) предусматривает, кроме названных выработок, про­ведение фланговых печей и главного вентиляционного штрека. Такая схема подготовки позволяет осуществить прямоточное про­ветривание. В отличие от схемы, представленной на (рис. 1.19, а), здесь показана панель при групповой подготовке пластов. В этом случае отпадает надобность в проведении транспортного штрека большой длины, что присуще индивидуальной подго­товке (см. рис. 1.19, а). Длина его не превышает 120—150 м. При подготовке панелей в уклонной выемочной ступени на пластах наклонного падения уклоны проводят диагонально (под углом к линии падения).

Рисунок 1.19 - Панельная подготовка выемочных полей: а — двусторонняя панель; б — односторонняя панель; в — двусторонняя панель с флан­говыми печами; 1— основной транспортный штрек; 2 — просек; 3 — путевой ходок; 4 — бремсберг; 5 — людской ходок; 6 — ярусные штреки; 7 — главный вентиляционный штрек; 8— фланговая печь (ходок); 9—промежуточный квершлаг

Достоинства панельной подготовки: возможность повыше­ния концентрации горных работ и конвейеризация транспорта от очистных забоев до ствола; сокращение объема поддержи­ваемых выработок. Недостатки: большие затраты на проведе­ние и поддерживание панельных наклонных выработок; слож­ная схема проветривания.

Особенностью панельной подготовки является расположе­ние очистного забоя по падению пласта, а подвигание — по простиранию.

Этажная подготовка применяется при делении шахтопласта на этажи на крутонаклонных и крутых пластах, в отдельных случаях — на наклонных и пологих пластах при углах падения более 8—10°. При этажной подготовке этажи по простиранию делят на выемочные поля. Подготавливающие наклонные вы­работки (участковые бремсберги, уклоны, скаты) проводят в каждом выемочном поле. По ним осуществляется доставка угля до откаточного горизонта при делении этажа на подэтажи.

В зависимости от угла падения пластов наклонная высота этажа составляет 120—450 м. Последний параметр относится к пологим пластам.

Рисунок 1.20 - Этажная подготовка выемочных полей: а—пологое падение (1 —этажный откаточный штрек; 2—просек; 3—путевой ходок; 4 — участковый бремсберг; 5 — промежуточные (подэтажные) штреки; 6 — этажный вентиляционный штрек); б — крутое падение (7 — промежуточный квершлаг; 2 — цен­тральный скат; 3 — пластовый откаточный штрек; 4 — параллельный штрек; 5 — мину­совый (вентиляционный) штрек)

Этажная подготовка пологих и крутых пластов отличается друг от друга (рис. 1.20). На пологих пластах (рис. 1.20, а) при делении на подэтажи между этажными откаточным и вентиля­ционными штреками проводят участковые бремсберги, по кото­рым уголь из верхних подэтажей доставляется на откаточный го­ризонт. Выемочные поля могут быть однокрылые и двукрылые.

На крутых и крутонаклонных пластах (рис. 1.20, б), где дос­тавка угля по падению осуществляется под действием гравита­ционных сил, проводят скаты, если предполагается деление эта­жа на подэтажи. На таких пластах применяют, как правило, групповую подготовку. Вентиляционный штрек проводят на несколько метров ниже бывшего откаточного. Отсюда его на­звание — минусовый. Полная сеть подготавливающих вырабо­ток в выемочном поле, позволяющих начать очистную выемку, зависит от применяемой системы разработки.

Достоинства этажной подготовки: небольшой объем про­ведения наклонных горных выработок; более быстрый ввод очистных забоев в эксплуатацию (на пологих пластах); простые схемы проветривания и транспорта. Недостатки: разбросан­ность горных работ, большая протяженность этажных пласто­вых штреков, что приводит к росту затрат на их поддержание (на пологих пластах).

Погоризонтная подготовка выемочных полей осуществля­ется проведением в пределах выемочной ступени наклонных под­готавливающих выработок (рис. 1.21). Длина наклонных подго­тавливающих выработок равна наклонной высоте выемочной ступени. Она может достигать 2000—3000 м. Расстояние между наклонными выработками (бремсбергами и ходками) равно длине очистного забоя. Особенность этой подготовки состоит в том, что очистной забой располагается по простиранию пласта, а перемещается по падению или восстанию. При высокой газо­обильности предпочтительной является выемка по падению, а при повышенной обводненности — по восстанию пласта. Как видно из приведенной схемы, подготовка может осуществляться как для одинарных, так и для спаренных очистных забоев.

Рисунок 1.21 - Погоризонтная подготовка: 1 — вентиляционный ходок; 2 — бремсберг; 3 — главный транспортный пггрек; 4 — ходок; 5 — главный квершлаг; б — главный вентиля­ционный штрек; 7 — шурф (вентиляционный ствол)

Погоризонтная подготовка рекомендуется к применению на пластах с углом падения до 10—12°. Она позволяет: снизить объем проведения подготавливающих выработок; упростить подготовку выемочных полей и схему транспорта полезного ис­копаемого; обеспечить стабильность длины очистного забоя;

уменьшить вероятность встречи геологических нарушений, так как они в большинстве случаев располагаются по падению пла­стов; повысить безопасность ведения горных работ (при выемке по падению); сократить приток воды в призабойное простран­ство (при выемке по восстанию). Недостатки: ограниченные ус­ловия применения и трудность перевозки людей и материалов по длинным наклонным выработкам.

Непостоянство элементов залегания пластов в пределах шахт­ного поля (углов падения и простирания) может обусловить при­менение в пределах одного и того же шахтопласта смешанной подготовки: например, панельной и этажной или панельной и погоризонтной. В крыле шахтного поля с пологим залеганием пластов целесообразна панельная подготовка, в крыле с круто­наклонным или крутым залеганием — этажная.

1.11. Очистные работы в угольных шахтах

1.11.1. Технологические схемы очистных работ

Под очистными работами понимают собственно выемку по­лезного ископаемого, крепление забоя и управление кровлей. Очистная выемка — это совокупность процессов отбойки, по­грузки на забойный конвейер и доставки угля до ближайшей транспортной выработки (конвейерного штрека, бремсберга, уклона и др.). Названные процессы очистных работ характерны для пологих и наклонных пластов, где широко применяется комплексная механизация. В других условиях могут отсутство­вать такие процессы, как крепление и управление кровлей, по­грузка и механизированная доставка угля в забое.

Очистная выемка является главным процессом очистных работ. Крепление забоя и управление кровлей должны обеспе­чить нормальное выполнение работ по очистной выемке.

Очистной забой — забой, в котором осуществляется массо­вая добыча полезного ископаемого. По технологическому прин­ципу очистные забои подразделяются на длинные и короткие. Принято забои длиной более 20 м считать длинными, менее — короткими. Технологии выемки угля в длинных и коротких за­боях существенно различны. Для них созданы принципиально различные средства механизации, транспорта и крепления. Под­готавливающие выработки, примыкающие к длинному очистному забою, называют выемочными. При выемке по простира­нию ими являются конвейерный и вентиляционные штреки.

В длинных очистных забоях, называемых лавами, применя­ют две схемы выемки: фланговую и фронтальную. При фланговой схеме (рис. 1.22,а) отделение угля от массива осуществляет­ся выемочной машиной, перемещающейся вдоль забоя перпен­дикулярно к направлению его подвигания. В зависимости от ширины захвата выемочной машины различают широкозахват­ную, узкозахватную и струговую выемку угля. При широкозах­ватной выемке ширина захвата более 1 м, узкозахватной — 0,5—1,0 м, струговой—0,03—0,15 м. Широкозахватная выемка в настоящее время не применяется. Основными выемочными машинами в длинных очистных забоях на современном этапе развития технологии угледобычи являются узкозахватные ком­байны. В отечественной практике струговая выемка распро­странения не получила.

Рисунок 1.22 - Технологические схемы очистных работ: а — фланговая (7 — выемочная машина; 2 — забойный конвейер; 3 — штрековый пере­гружатель; г— ширина захвата выемочной машины); б — фронтальная (3 — перегружа­тель; 4—выемочная машина); в—в коротком очистном забое (1 —гидромонитор; 2— высоконапорный трубопровод)

При фронтальной выемке (рис. 1.22,б) отделение угля от массива осуществляется выемочным агрегатом одновременно по всей длине очистного забоя. Такая технология позволяет осуществлять добычу угля без постоянного присутствия людей в очистном забое. Испытаны отдельные опытные образцы.

В отечественной практике выемка угля короткими очист­ными забоями более или менее широкого применения не имеет. Выемку угля короткими очистными забоями применяют, в ча­стности, при гидродобыче (рис. 1.22, в).

На шахтах России и СНГ основную добычу дают длинные очистные забои. Они могут быть различно ориентированы (рис. 1.23) относительно элементов залегания пласта. Они могут быть расположены по падению (а) или простиранию (б, в) пла­ста, а перемещаться по простиранию, падению или восстанию. Иногда имеет место иная ориентация забоев относительно про­стирания и падения: они могут располагаться, например, диагонально. Преимущественно на шахтах забои располагают по падению пласта. Иное расположение очистных забоев обуслов­ливается влияющими факторами.

Отделение угля от массива и его дробление осуществляют комбайнами, стругами, агрегатами, гидромониторами, механо-гидравличсскими машинами и буровзрывными работами. Наи­более распространена в длинных очистных забоях выемка угля комбайнами.

Рисунок 1.23 - Схемы подвигания очистных забоев: а—по простиранию; б—по падению; в—по восстанию

1.11.2. Механизированная выемка угля в длинных очистных забоях

Основным средством механизированной выемки угля на пологих и наклонных пластах являются очистные комбайны. Очистной угольный комбайн — машина, одновременно выпол­няющая в забое операции по отделению угля от массива, дроб­лению его до кусков транспортабельного размера и навалке на забойный конвейер. Угольный комбайн как выемочная машина состоит из электродвигателя, механизма подачи, исполнитель­ного органа, погрузочного устройства и систем управления и пылеподавления.

Действие исполнительных органов большинства комбайнов основано на принципе механического разрушения угля. Наибо­лее эффективными являются такие исполнительные органы, при работе которых в угле возникают растягивающие напряже­ния без образования объемного напряженного состояния.

Исполнительные органы комбайнов должны удовлетворять ряду требований, основными из которых являются: высокая про­изводительность: малая удельная энергоемкость процесса раз­рушения; высокий КПД; простота конструкции; высокая стой­кость инструмента; высокая надежность работы; возможность автоматизации режимов работы; выполнение функций отбойки и погрузки угля; способность самозарубаться в пласт.

Наибольшее распространение получили барабанные и шнековые исполнительные органы, которыми оснащаются узкозахватные комбайны.

Барабанный исполнительный орган, литой или сварной кон­струкции, осуществляет разрушение угля путем скола с откры­той поверхности забоя стружки толщиной 20—30 мм. Основ­ными достоинствами барабанных исполнительных органов яв­ляются: простота конструкции; высокий КПД; возможность применения на углях любой крепости и вязкости. Недостатки: значительное измельчение угля и большое пылеобразование, невозможность самозарубки в пласт.

Большинство современных узкозахватных комбайнов осна­щены шнековыми исполнительными органами. Основное их до­стоинство заключается в том, что шнеками осуществляется по­грузка угля на конвейер. Принцип разрушения угля шнеками таков же, как и барабанами, но с некоторым снижением прису­щих им недостатков.

Обычно узкозахватные комбайны оснащены двумя шнека­ми. Они располагаются либо с одной, либо с обеих сторон кор­пуса комбайна (рис. 1.24). Положение шнеков легко регулиру­ется по высоте гидродомкратами, что позволяет осуществлять выемку угля при различной мощности пласта. Конструкция комбайнов допускает возможность фронтальной зарубки шне­ков в пласт и механизированную выемку угля на концевых уча­стках лавы без ниш. При этом приводная и концевая головки забойного конвейера должны быть вынесены в прилегающие к очистному забою выработки.

В отличие от широкозахватных узкозахватные комбайны перемещаются по раме забойного конвейера, располагаемого у забоя.

Рисунок 1.24 - Узкозахватный комбайн со шнековым исполнительным органом: 1—шнеки; 2—конвейер;.3—пульт управления; 4—механизм подачи; 5—элекгродвигателъ; 6— погрузочный щиток

Перемещение комбайна вдоль забоя осуществляется с по­мощью приводной звезды и калиброванной цепи, растянутой вдоль забоя и закрепленной по концам на головках забойного конвейера. Наличие цепной передачи обеспечивает перемеще­ние комбайна по всей длине лавы без остановки. Наиболее со­вершенными являются комбайны с бесцепной передачей, при которой комбайн перемещается с помощью зубчатого колеса по цевочной рейке, закрепленной на раме конвейера.

В настоящее время промышленностью выпускаются раз­личные типы узкозахватных комбайнов, предназначенные для работы в разнообразных горно-геологических условиях. Неко­торые из них могут быть применены как с механизированными, так и индивидуальными крепями при углах падения до 35°.

Наряду с указанными комбайнами для механизации выем­ки угля на тонких крутых пластах, где применялись отбойные молотки, были созданы специальные комбайны. Узкозахватные комбайны для крутых пластов успешно работали при породах кровли не ниже средней устойчивости, так как по условиям эк­сплуатации крепь возводят или передвигают после выемки лен­ты шириной 0,9—1,0 м на всю длину лавы. Наибольшая эффек­тивность работы комбайнов достигается в комплексе с механи­зированными крепями, исключающими трудоемкие работы по креплению и управлению кровлей.

Важной эксплуатационной характеристикой комбайна яв­ляется его производительность.

1.11.3. Доставка угля в очистных забоях

На угольных шахтах для доставки угля в длинных очист­ных забоях на пологих и наклонных пластах применяют скреб­ковые конвейеры. Они получили широкое распространение, так как относительно просты по конструкции, пригодны к тяжелым условиям эксплуатации, приспособлены для работы с очистны­ми комбайнами, стругами и механизированными крепями. Они являются базой современных механизированных комплексов.

Скребковые конвейеры должны удовлетворять следующим требованиям: производительность должна быть выше макси­мальной производительности выемочной машины; обеспечение нормальной погрузки угля на штрековый перегружатель или конвейер; минимальная высота става конвейера со стороны за­боя; обеспечение погрузки угля с почвы пласта при передвиже­нии конвейера к забою; высокая надежность в работе.

Скребковый конвейер (рис. 1.25) состоит из верхнего и ниж­него металлических желобов, по которым перемещается беско­нечная цепь со скребками, состоящая из грузовой и порожняко­вой ветвей. По концам конвейера располагаются приводная и натяжная головки. Желоб конвейера собирают из отдельных секций (рештаков), соединяемых быстроразъемными замками. Цепь конвейера легко разбирается на отдельные отрезки. Бла­годаря этому конвейерный став можно быстро разобрать или собрать на новом месте, укоротить или удлинить его.

Скребковые конвейеры, применяемые для транспортирования угля в лавах, необходимо периодически перемещать вслед за под-виганием очистного забоя. Перемещение скребковых конвейеров может быть двояким: путем полной разборки на части, переноски их на новое место и сборки; путем передвижки конвейера без разборки или по всей его длине, или последовательно частями за счет изгиба конвейерного става в горизонтальной плоскости.

Скребковые конвейеры, предназначенные для транспорти­рования угля вдоль забоя, подразделяются на четыре типа:

СП — передвижные изгибающиеся (одно-, двух- и трехцепные);

СР


29-04-2015, 01:09