Проведення та кріплення гірничих виробок

5. Проведення виробок за допомогою гідромеханізації

Гідромеханізація при проведенні виробок застосовується головним чином на гідрошахтах, на яких підготовчі виробки характеризуються невеликою площею поперечного перетину (3--5 мІ). Виробки проводять трапецієподібної, прямокутної та аркової форми з нахилом 0,05--0,07 в бік вуглесосної камери.

Відбійка вугілля робиться високонапорним струменем води, що формується і направляється на вибій за допомогою гідромоніторів. Відбите вугілля транспортується водою самопливом по сталевих жолобах, що вкладається в спеціальні поглиблення в підошві виробки під монорейковим шляхом. По жолобах вугілля надходить у пульпозбірник, відтіля вуглесосами подається на поверхню, де обезводнюється, а освітлена вода насосами знову подається до гідромоніторів. Застосовуються гідромонітори ГДЦ-3, ГМДЦ-2М з дистанційним управлінням з відстані 10--15 м. Подача води гідромоніторів при тиску у насадки 5--10 МПа дорівнює 15--17 т/годину. Існують конструкції повністю автоматизованих гідромоніторів.

Прохідницький цикл при гідромеханізації складається з утворення врубу, відбійки вугілля, видалення його змивом, зачищення, оформлення і кріплення виробки. Горизонтальний вруб висотою 0,3--0,5 м роблять у підошви струменем води (рис. 2-21). Глибину його приймають у залежності від міцності вугілля (1--2 м). Підрубане вугілля відбивають паралельними смугами шириною 0,3--0,5 м при слабких вугіллях і 0,15--0,3 м - при міцних. Відбите вугілля, що накопичується, необхідно періодично насичувати водою, спрямовуючи в нього струмінь. В міру посування вибою на відстань, припустиму по стійкості оголення покрівлі (5--6 м), виїмку вугілля припиняють і будують кріплення. Потім пересувають гідромонітор ближче до вибою і нарощують напірний водопровід і вентиляційні труби.

Рис. 2_21 - Проведення виробок за допомогою гідромеханізації

Проведення виробок за допомогою гідромоніторів організують по багатовибойному методу, що полягає в наступному. Після відбійки і змиву вугілля на розмір заходкн в одному вибої гідромоніторник переходить в інший, а потім у третій і т. д. де виконує ту ж роботу. Чотири його помічника виконують усі наступні операції в кожному вибої. Бригада у складі 3--5 людин, виконуючи паралельно процеси прохідницького циклу у 2--3 вибоях, на протязі зміни проводить до 15--18 м виробок.

Гідромеханізація може використовуватись і на звичайних шахтах, де вугілля транспортується звичайним способами.

Достоїнства гідромеханізації - можливість застосування у шахтах будь-якої категорії, зниження температури повітря, відсутність пилоутворення, в 2 рази більша продуктивність праці у порівнянні з продуктивністю при застосуванні буропідривних робіт. Недостаток - значна доля трудомісткості зведення кріплення, складність доставки матеріалів і обладнання у вибій.

6. Проведення виробок за допомогою комбайнів

Принцип дії прохідницьких комбайнів заснований на механічному способі відділення корисного копального або породи від масиву. При комбайновій технології процес проведення виробки носить безупинний характер, досягається високий рівень механізації і безпеки робіт, забезпечується велика стійкість оголень гірських порід, тому що не порушується масив за контуром виробки, підвищується в 2,5--10 разів швидкість проведення виробки й у 4--6 разів - продуктивність праці; знижується в 1,5--2 рази собівартість готової виробки.

По своїй конструкції і призначенню прохідницькі комбайни поділяються на комбайни роторного типу з руйнацією масиву по всій площі вибою, і виборчої дії.

Дія виконавчих органів комбайнів роторного типу (рис. 2-22) заснована на принципі роздавлювання, сколювання або різання гірничого масиву. Наприклад, прохідницький комплекс «Союз-19у» призначений для проведення виробок перетином 20,6 мІ по породам міцністю до 10. Комплекс забезпечує механізовану руйнацію породного вибою, вантаження і транспортування гірничої маси, кріплення горизонтальних і похилих (до 10°) гірничих виробок.

До складу комплексу входить комбайн, перевантажувач і устаткування для монтажу кріплення, що дозволяє цілком механізувати процес зведення кріплення без припинень комбайна. Комплекс оснащений апаратурою автоматики, що забезпечує контроль положення комбайна у виробці й автоматичне регулювання швидкості подачі виконавчого органа на вибій у залежності від навантаження електродвигунів приводу. Комбайн має комбінований виконавчий орган, оснащений шарошками конічної форми. Центральна частина вибою руйнується лобовим забурником методом роздавлювання, а інша частина - методом сколювання. Спочатку пробурюється кругла виробка діаметром 5 м, потім бермовими органами їй надається аркова форма. Ковшами, установленими на головному виконавчому органі, зруйнована порода з вибою подається на стрічковий конвеєр комплексу і передається перевантажувачем на інші транспортні способи.

Рис. 2_22 - Комбайн роторного (бурового) типу

Застосовують також інші комбайни бурового типу: ПК-8М (площа перетину 8--9 мІ), КРТ (16,5 мІ, f ? 8), ТОР-2 (10,8 мІ, f ? 6), «Урал-10КСА» (7,8--10,2 мІ), «Урал-20КСА» (13,4--20,2 мІ, f ? 4).

Ефективне використання комбайнів бурового типу забезпечується за умови існування широкого фронту робіт (велика довжина виробки і великий загальний річний обсяг проведення виробок).

Комбайни виборчої дії мають стрілоподібний виконавчий орган, оснащений різцевою коронкою подовжнього або поперечного різання, гусеничну систему подавання та навантажувальний пристрій у вигляді стола з нагрібаючими лапами (рис. 2-23). Вони призначені для проведення горизонтальних і похилих гірничих виробок по м'яким породам, вугіллю або змішаному, вибою із міцністю порід до 6-8. Цей тип комбайнів широко застосовується яку у вітчизняній, так і в закордонній гірничій промисловості, їхнє достоїнство - можливість роздільної виїмки вугілля і породи, порівняльно невелика маса, можливість монтажу у виробках з малим перетином без використання спеціального обладнання. Комбайнову технологію застосовують з метою досягнення максимальної швидкості проведення виробки, і, як наслідок, скорочення терміна спорудження виробки. Одержати оптимальні показники можна за умови забезпечення максимальної продуктивності комбайна за рахунок збільшення коефіцієнта його використання, застосування високопродуктивних транспортних засобів і безперебійного матеріально-технічного постачання, а також добре продуманої організації робіт. Зараз вітчизняна промисловість випускає такі комбайни виборчої дії: КСП-22 (7--21 мІ, f ? 5, К_пр ? 0,5), КСП-32 (10--29 мІ, f ? 7, К_пр ? 0,75), КСП-42 (12,5--32 мІ, f ? 8, К_пр ? 0,75), П-110 (7--25 мІ, f ? 7, К_пр ? 0,75), П-220 (9--30 мІ, f ? 8, К_пр ? 0,85), 4-ПП-2М (9--25 мІ, f ? 7, К_пр ? 0,75).

Рис. 2_23 - Комбайн виборчої дії

Прохідницький цикл при комбайновій технології проведення виробок включає три основних процеси: виймання і навантаження гірської маси, транспортування гірської маси, зведення кріплення. Прохідницький цикл при цій технології не мас ярко виражених меж, як при буропідривній технології. Обробку вибою коронкою виконавчого органу комбайну виконують заходками, які звичайно дорівнюють шагу встановлення кріплення, а при стійких породах - до 2--3 м. Вручну здебільшого виконують роботи по заготовленню елементів кріплення (піднесення, підготовка до встановлення), проведення водовідливної канавки, настилання рейкового шляху (піднесення, укладка шпал, зболчування рейок), навантаженню і розвантаженню кріпильних матеріалів, по зачистці підошви.

Значний вплив на техніко-економічні показники комбайнової проходки робить організація транспорту гірської маси. Між комбайном і транспортними засобами звичайно розташовується перевантажувач. Незалежно від конструкції перевантажувача транспортна лінія повинна забезпечувати безперервний потік гірської маси з виробки. Можливі схеми транспортних ланцюгів:

· комбайн - перевантажувач - скребковий конвеєр - состав вагонеток;

· комбайн - перевантажувач - состав вагонеток;

· комбайн - перевантажувач - скребковий конвеєр - стрічковий конвеєр;

· комбайн - перевантажувач - стрічковий конвеєр.

Найбільш високі показники швидкості і продуктивності праці досягаються при сполученні комбайн - стрічковий телескопічний конвеєр. При відсутності стрічкового телескопічного конвеєра застосовують комбінацію комбайн - перевантажувач - скребковий конвеєр - стрічковий конвеєр. Найменш ефективна схема з використанням локомотивного транспорту.

Для забезпечення безперервної роботи комбайна на протязі прохідницького циклу довжину причіпного перевантажувача обирають з умови розміщення під ним числа вагонеток, необхідного для посування вибою на шаг установки кріплення.

7. Проведення горизонтальних виробок у неоднорідних породах

7.1 Способи проведення, розташування підривки бокових порід

При проведенні штреків по пласту вугілля у вибої існують різні по властивостям породи. У таких випадках штреки проводять суцільним вибоєм або з роздільним вийманням корисної копалини і породи. Суцільним вибоєм проводять виробки по вельми тонким пластам і при низький якості вугілля, а також при швидкісній проходці, оскільки у цьому випадку спрощується організація робіт. При роздільній виїмці штреки проводять широким або вузьким вибоєм. У першому випадку корисна копалина виймається тільки на ширину виробки, а у другому - ширина вибою по корисній копалині приймається більшою, ніж по породі на величину, необхідну для розташування породи от підривки у виробленому просторі пласта.

Розташування підрубки порід може бути верхнім (рис. 2-24, а), нижнім (б), та двобічним (в).

Рис. 2_24 - Розташування підривки порід

При кутах падіння до 10--20° покрівля звичайно не підривається, особливо при прямокутній або трапецієподібній формі перетину. При об'єднанні вугільного вибою штреку з очисним вибоєм підривають покрівлю. При падінні 13--25є кут не є визначаючим для вибору місця підривки. при кутах 25--50є найбільше розповсюдження отримала двобічна підривка, оскільки у цьому випадку обсяг порід, що підриваються, найменший.

7.2 Проведення виробок вузьким вибоєм

Цикл робіт при проведенні штреку вузьким вибоєм складається з виймання вугілля, підривки бокових порід і т. д. При роздільній виїмці спочатку виймають вугілля на глибину 2--4 м, а потім породу. Вугільний вибій може не випереджувати породний або випереджувати його до 5 м.

Особливості проведення БВР при проведенні у неоднорідних породах: роздільне підривання по вугіллю та породі, уступна форма вибою виробки, підривання зарядів у вугільному вибої при одній оголеній поверхні, а у породному - при двох. Глибина шпурів по вугіллю 1,5--2,5 м.

В пластах товщиною 0,8 м шпури розташовують в один ряд з віяловим (рис. 2-25, а) або клиновим (б, в) врубом; при більший товщині їх розташовують у два ряди та більше (г, д, є, ж). В міцних та в'язких вугіллях застосовують посилений вруб (г), зі збільшенням довжини шпурів від центра до боків виробки. Вугілля також виймають вибурюванням (з) шляхом буріння свердловин діаметром 250 і 300 мм.

Рис. 2_25 - Розташування шпурів при проведенні виробок по неоднорідним породам

При підриванні бокових порід кількість шпурів визначають з урахуванням двох оголених поверхонь або приймають по даним практики з урахуванням міцності порід. Глибина шпурів ув'язується з глибиною шпурів по вугіллю і дорівнює 1,6--4 м. Підривання зарядів у шпурах по вугіллю та породі відбувається як одночасно, так і окремо. При підриванні у два прийоми заряджання та підривання зарядів у шпурах по породі допускається після провітрювання вибою, вбирання підірваної породи, заміру газу і проведення інших заходів по забезпеченню безпеки у вибої.

Постійне кріплення штреків не повинне відставати від вибою по породі більш ніж на 3 м. При слабкій покрівлі ця відстань зменшується.

Роботи по проведенню можуть бути організовані двояко: по вугіллю за добу (або за дві зміни) виконують дві заходки, а по породі - одну.

Схема незалежної видачі вугілля та породи дозволяє сумістити у часі роботи по вугіллю та породі з кріпленням виробки. Для цього вибій по вугіллю розширюють на 1--1,5 м і на породній бермі уздовж штреку встановлюють скребковий конвеєр для транспорту вугілля.

7.3 Проведення виробок широким вибоєм

В даний час на території Донецького басейну є 1260 породних відвалів, що займають великі площі орної землі. Кількість і обсяг відвалів систематично збільшується (щорічно видається на поверхню більш 600 млн. т породи). Основним джерелом породи на шахтах є проведення і ремонт шарових штреків (90 % усіх підготовчих виробок). Велику частину з них проводять вузьким, вибоєм із видачею породи на поверхню і меншу - широким вибоєм із закладанням породи в розкоску або вироблений простір лав.

Ріст обсягу штреків, проведених широким вибоєм буде сприяти різкому зменшенню породи, що видається на поверхню, виключить витрати часу і засобів на її складування і транспортування, розвантажить транспорт і підйом від непродуктивної породи.

Виробки широким вибоєм проводять на пологих пластах товщиною 0,6--1,5 м при наявності стійких порід покрівлі. Відносно штреку розкоска може бути верхня, двостороння і нижня (рис. 2-26).

Рис. 2_26 - Варіанти розташування розкоски:

1 - виробка; 2 - розкоска; 3 - косовічник (просік); 4 - вугільний пласт

Необхідна ширина розкоски для розміщення в ній усієї породи від проведення виробки визначається за формулою:

, м, (2.1)

де S_np - загальна площа поперечного перетину виробки у проходженні, мІ;

B_np - ширина виробки у проходженні по вугільному пласту, м;

m - товщина пласту, м;

k - коефіцієнт розпушення породи від підривки з урахуванням об'єму матеріалу кріплення (при кріпленні вибою розкоски деревом), що залишається у виробленому просторі, а також з урахуванням прогину покрівлі в цьому просторі. Значення k залежить головним чином від ступіню щільності закладки на місці її зведення. При пневматичному закладанні k = 1,3--1,5, при скреперній та ручній закладці k може досягати 2 та більше.

На практиці ширина розкоски дорівнює 6--20 м. При проведенні штреків з розкоскою вибій по вугіллю випереджує вибій по породі з Правилами безпеки не більше ніж на 5 м.

Технологічні схеми проведення штреків широким вибоєм можна розділити на три групи: широким вибоєм попереду лави, слідом за очисним вибоєм, спареними виробками.

Проведення штреків широким вибоєм попереду лав забезпечує побіжний видобуток вугілля, незалежність робіт у вибоях лави і штреку по виїмці і транспортуванню гірничої маси.

Проведення штреку слідом за лавами дає можливість замінити вугільні вибої лави, штреку і розкоски одним суцільним вибоєм, виїмку вугілля в який роблять за допомогою комплекту устаткування, прийнятого для лави.

Спареними називаються два паралельних штреки з загальним вугільним вибоєм і розкоскою, у якій закладають породу, що підривається у вибоях.