Технология разработки пологих и крутонаклонных пластов гидравлическим способом

Выбор, обоснование, расчет отработки запасов по гидравлической технологии для заданных горно-геологических условий. Геологические сведения по выемочному участку. Выбор системы разработки. Очистные работы, выемка угля. Основные горнотехнические показатели.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 23.09.2013
Размер файла 1,7 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

59

Содержание

  • Исходные данные
  • Введение
  • 1. Общие геологические сведения по выемочному участку
  • 2. Предварительный выбор и обоснование предлагаемой технологии выемки
  • 3. Выбор и обоснование системы разработки
  • 3.1 Процессы и порядок выемки угля в двухсторонних заходках
  • 4. Подготовительные работы
  • 4.1 Принятая схема подготовки
  • 5. Очистные работы
  • 5.1 Средства выемки угля и типы заходок
  • 5.2 Расчет параметров гидравлической выемки и выбор типов гидромонитора
  • 5.3 Расчет параметров системы разработки
  • 5.3.1 Определение размеров целиков и ширины выемочных столбов
  • 5.3.2 Потери угля в заходках. Определение общих потерь по системе
  • 6. Горнотехнические показатели
  • 7. Выемка угля
  • 7.1 Процессы и порядок выемки угля в односторонних и двухсторонних заходках
  • 8. Схемы водоснабжения и гидротранспорта
  • 9. Объемы горных работ и горно-технические показатели
  • Заключение
  • Литература

Исходные данные

Глубина

ведения работ

Мощность

пласта

Удельный

вес угля

Угол падения пласта

Длина крыла

270 м

3,3 м

1,27 т/м3

12є

900 м

Введение

Современное состояние гидравлической технологии добычи угля может быть охарактеризовано как этап завершения накопления количественных изменений и начала перехода к качественно новой фазе развития.

Несмотря на отрицательную динамику доли гидротехнологии в общем объеме добычи угля, она имеет хороший потенциал при освоении запасов углей редких марок и коксующихся углей.

Гидравлический способ добычи угля наиболее полно отвечает основной тенденции развития технологии подземной угледобычи, которая заключается в переходе от многооперационных к малооперационным, непрерывно - поточным и полностью автоматизированным процессам, выполняемым без постоянного присутствия людей в забое. Эти преимущества позволяют обеспечить высокоэффективную и безопасную работу во все усложняющихся горно-геологических условиях, связанных с переходом на более глубокие горизонты.

Гиромеханизация добычи угля позволяет обеспечить при полной комплексной механизации, и автоматизации всех основных и части вспомогательных процессов добычи поточную систему производства подземной угледобычи и высокую производительность труда каждого рабочего шахты.

Наряду с совершенствованием классической подземной гидродобычи получают развитие ряд новых направлений, наиболее перспективными из которых являются механогидравлическая отработка локальных участков с замкнутым циклом водоснабжения, подземным обезвоживанием угля и осветлением технической воды, совершенствование технологий переработки шламов и изготовления водоугольного топлива, создание систем транспортирования водоугольных смесей на большие расстояния, совершенствование гидрокрыши и гидромеханизация добычных работ на разрезах.

Дополнительную актуальность проблема увязки гидротехнологии с технологиями приготовления, транспортирования и сжигания водоугольных смесей приобретает под влиянием экологических императивов в развитии угольной энергетики.

Важную роль гидравлическая технология, в целом, и ее отдельные элементы, в частности, играют при решении задач синтеза комбинированной подземной и открыто-подземной технологий для сложных горно-геологических условий юга Кузбасса и всего бассейна в целом.

Целью данной курсовой работы является выбор, обоснование и расчет отработки запасов по гидравлической технологии для заданных горно-геологических условий.

1. Общие геологические сведения по выемочному участку

Данная курсовая работа выполняется по данным пласта 48. Пласт 48 в пределах выемочного участка залегает на глубинах до 270 м. Пласт сложного строения без колчеданов и нарушений не более мощности пласта. Угольная пыль взрывоопасна, уголь склонен к самовозгоранию. Удельный вес угля 1,27 т/м3. Средняя мощность пласта - 3,3 м. Угол падения пласта составляет 12°.

Непосредственная и основная кровли имеют однородное строение и представлены песчаником. Местами песчаник имеет слоистую текстуру с ослабленным сцеплением на контакте слоёв. Существенное влияние на устойчивость пород кровли к обрушению оказывает значительная глубина выветривания пород, а так же присутствие аргиллитовых и алевролитовых прослоев с включением углистого материала, имеющих низкую прочность. Мощность основной кровли до 10 м и более. По классу обрушаемости основная кровля относится к среднеобрушаемым. Непосредственная кровля также однородна, представлена алевролитом мелко - и крупнозернистым. Мощность непосредственной кровли составляет 5-7 м. По классу неустойчивости непосредственная кровля относится к среднеустойчивым. Ложная кровля представлена мелкозернистым алевролитом мощностью 0,1-0,3 м.

Ложная почва представлена мелкозернистым алевролитом мощностью 0,2-0,3 м. Непосредственная почва представлена алевролитом разной зернистости мощностью 4,0 м.

Длина выемочного участка составляет:

по простиранию 900 м;

по падению 270 м.

Вынимаемая мощность - 3,3 м.

2. Предварительный выбор и обоснование предлагаемой технологии выемки

Главные принципы, которым должна отвечать каждая современная прогрессивная технологическая схема, сводятся к следующим основным положениям:

малооперационность технологического цикла;

ритмичность и поточность производственных процессов;

интенсификация и концентрация работ;

экономичность и безопасность работ.

Всем указанным требованиям наиболее полно отвечает гидравлическая технология выемки пологих и наклонных пластов.

Сущность подземной гидравлической технологии заключается в том, что выполнение практически всего комплекса процессов и операций, связанных с выемкой и транспортированием угля от забоя до поверхности осуществляется водой.

Применение гидроотбойки в очистном забое позволило коренным образом изменить весь существующий до этого технологический цикл выемки и транспортирования угля.

При гидроотбойке насос является двигателем, преобразующим механическую энергию в энергию движущейся воды. Затем энергия высоконапорной воды, движущейся по передаточным средствам, проводится к забою, где с помощью гидромонитора воздействует на массив угля. При этом в забое находится гидромонитор, а рабочий орган-струя воды. Вода, сформированная насадкой гидромонитора в высоконапорную струю, выполнив работу по отбойке угля, начинает выполнять работу несущего элемента, т.е. становится средством транспорта угля до камеры гидроподъема. Это обстоятельство определяет специфическую особенность гидравлической добычи и резко меняет характер не только основных, но и вспомогательных работ: доставку, монтаж, обслуживание, ремонт и т.д., что ведет к уменьшению численности подземных рабочих, особенно в самом забое.

После операции выемки, куда входит и транспортировка угля непосредственно из забоя производится транспортировка его этой же водой самотеком в виде пульпы по желобам, уложенным по всем выработкам, пройденных с уклоном, необходимым для самотечного гидротранспортирования вплоть до камеры гидроподъема. Простота операций позволяет упростить и оборудование этих выработок, уменьшить их сечение. Гидроотбойка позволяет вести выемку дистанционно, без крепления, что исключает сам процесс крепления; уменьшает расход крепежных материалов и трудоемкость работ.

Вода используется в качестве транспортного средства и в последующих вспомогательных процессах, что также способствует снижению трудовых и материальных затрат, обеспечивает поточность и технологическое единство всех основных и значительной части вспомогательных процессов добычи угля.

Гиромеханизация добычи угля позволяет обеспечить при полной комплексной механизации, и автоматизации всех основных и части вспомогательных процессов добычи поточную систему производства подземной угледобычи и высокую производительность труда каждого рабочего шахты.

Из-за отсутствия крепи в очистных забоях и быстрой отработки выемочных участков короткими забоями, применения самотечного гидротранспорта и гидроподъема и других малооперационных процессов резко упростились вспомогательные процессы, значительно изменился пооперационный состав всех производственных процессов.

Таким образом, особенности гидравлической выемки угля определены ее спецификой и заключаются в следующем:

- дистанционность выемки;

гидравлический способ уголь пласт

- отсутствие людей и каких-либо механизмов в самом очистном забое, т.е. в заходке;

- отсутствие крепи в очистном забое;

- управление кровлей осуществляется дистанционно - струей воды или самообрушением;

- полная поточность очистных работ в коротких забоях.

3. Выбор и обоснование системы разработки

Все разнообразие вариантов камерно-столбовой системы разработки, эффективное применение которых возможно при гидродобыче, можно объединить в три большие группы:

системы разработки длинными столбами по простиранию с гидравлической или механизированной выемкой заходок из выемочных печей без деления этажей или ярусов на подэтажи или подъярусы;

системы разработки длинными столбами с делением этажей или ярусов по простиранию на выемочные блоки и отработкой блоков гидравлическим или механогидравлическим способом заходками из выемочных штреков;

системы разработки длинными столбами по простиранию с делением этажей на подэтажи, ярусов на подъярусы и отработкой их заходками из выемочных печей.

Каждая из указанных систем разработки может быть реализована по одной из типовых схем. На основании исходных данных принимаем систему разработку длинными столбами по простиранию с делением столбов на выемочные блоки.

На основании исходных данных принимаем способ выемки угля гидравлический до 12 МПа без крепления очистного пространства.

Выбранная система разработки представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Система разработки длинными столбами по простиранию с делением столбов на выемочные блоки и гидравлической выемкой в коротких очистных забоях из выемочных штреков.

В этом случае крыло этажа или панели разделяется по простиранию на выемочные блоки. Нарезка блоков осуществляется проведением от параллельного до вентиляционного штрека промежуточных бремсбергов. Блоковые печи проходят по нормали к параллельному штреку или диагонально. Одна из блоковых печей служит в качестве пульпотранспортного бремсберга, другая - для доставки материалов, оборудования прохода людей и вентиляции.

В каждом выемочном блоке от пульпотранспортной печи проходятся выемочные штреки с уклоном i=0,05 0,06. Выемочные штреки проводятся на всю принятую длину выемочного блока по простиранию до грузоходовой печи следующего выемочного блока. Длина выемочных блоков по простиранию, включая размер целика между блоковыми печами, исходя из условий поддержания, эксплуатации и других факторов, принимается в пределах 100 - 220 м.

Для обеспечения запасных выходов и прямоточного проветривания очистных забоев выемочные штреки через 25 - 30 м сбиваются сбойками или пробуренными скважинами диаметром не менее 850 мм; в междублоковых целиках проводятся сбойки.

Очистные работы производятся односторонними или двухсторонними заходками. В качестве выемочных средств в зависимости от конкретных горногеологических условий используются механогидравлические комбайны и машины комбинированной выемки и гидромониторы различных типов.

Погашение междублоковых целиков предшествует началу отработки каждого выемочного столба средствами выемки, которые приняты для ведения очистных в забоях отрабатываемых столбов.

Проветривание очистных забоев, осуществляется за счет общешахтной депрессии, а нарезных - вентиляторами местного проветривания.

Подготовительные выработки в соответствии с конкретными условиями могут иметь различную форму поперечного сечения, но наибольшее распространение в пределах выемочных участков имеет арочная и прямоугольная формы с преобладанием различных видов арочной крепи.

Порядок отработки выемочных полей и обратный. Так при ведении работ по первой и третьей схемам, когда выемку заходок ведут из выемочных печей порядок отработки только обратный - от границ этажа или панели на пульпобремсберг. При работе по второй схеме, когда выемка заходок ведется из выемочных штреков порядок отработки этажей или ярусов может быть как прямой так и обратный. Это зависит от принятого направления отработки блоков внутри этажа или яруса, а так же от направления ведения очистных работ внутри самого блока. Поэтому различают отработку в блоках с транспортированием угля на передние или на задние боковые печи. При работе на передние печи направления отработки пластов в пределах этажа или панели и выемочных столбов в пределах этажа или панели и выемочных столбов заходками в блоке совпадают, т.е. имеют одно общее направление; при работе на задние блоковые печи они имеют противоположное направление.

В последнем случае аккумулирующий штрек и выемочные печи имеют противоположный уклон для самотечного гидротранспорта.

3.1 Процессы и порядок выемки угля в двухсторонних заходках

Под "гидромониторной выемкой угля" понимают технологический процесс, при котором отделение угля от массива, пульпоформирование, транспортирование угля водой по почве заходки и от заходки на сопряжении её с выемочной выработкой, выполняется с помощью воды, поступающей через гидромонитор.

Процесс гидравлической выемки состоит из следующих основных операций. Отбойка угля, выключающая операции по проведению сбойки, отбойке угля в целиках и потолочине, а также операцию по смыву и транспортировке угля из заходки, перемешиванию и насыщению отбитого угля водой, и разбивке негабаритов струёй воды. Вспомогательные операции: осмотр забоя в ходе выемки, контроля за полной выемки, перестановка гидромонитора на новую заходку, перепуск угля по желобам вблизи забоя. Отсоединение и подсоединения гидромонитора к ставу водоводных труб, наращивание и укорачивание водоводных труб, раскрепление монитора, установка подхватов над гидромонитором на сопряжении выемочной выработки с заходкой, удаление старой крепи при подготовке заходки, доставка деталей, масла, мелкий ремонт. Сюда же входят и такие вспомогательные операции как открывание и закрывание задвижки, опробывание монитора и маслостанции, перенос труб и старой крепи от забоя на 40-50 м, замена насадков, шлангов и т.д.

В подготовительно-заключительные операции входят: осмотр рабочего места и забоя в начале и конце смены, запрос воды у диспетчера, ожидание спуска воздуха из става труб, сдача и приём смены.

При подготовке заходки к выемке гидромонитор должен устанавливаться против стойки или скважины. Расстояние между скважинами принимается равным ширине заходки, т.е. ширина заходки (размер, вдоль выемочной печи) должна быть кратной расстоянию между сбойками, которые в каждом конкретном случае устанавливаются паспортом очистных работ.

С одной позиции гидромониторная выемка ведётся последовательно сначала в нижнем, а затем в верхнем уступе (столбе).

Выемку угля в нижнем уступе начинают с расширения скважины (сбойки), до размеров 2-3 м вдоль печи и 1,5-2,0 м по высоте.

Затем берётся на всю мощность пласта до кровли вруб, служащий дополнительной обнажённой плоскостью, а также для контроля за толщиной оставляемой потолочины при последующей выемке. Затем ведётся погашение оставшегося в нижнем столбе целика толщиной 1-1,5 м и более. К моменту окончания выемки угля в нижнем столбе должны остаться подзавальные целики по контуру заходки.

У выемочного и транспортного штреков для поддержания кровли в нижнем уступе штрека оставляется потолочина толщиной 0,3 Ч 0,5 м. Оставление потолочины и подзавальных целиков треугольной формы обеспечивает устойчивость непосредственной кроли и беспрепятственный перепуск пульпы. Они извлекаются в последнюю очередь.

Выемку угля в верхнем столбе осуществляют с предварительным проведением сбойки подсечки и последующей выемкой оставшегося целика или путём расширения выемочной печи по всей ширине заходки веерообразными стружками с широкой подсечкой.

Выемка угля заканчивается извлечением угля в подзавальных целиках до тех пор, пока произойдёт их разрушение и перепуск обрушённых пород. Подзавальные целики со стороны падения имеют, как правило, ленточную форму, определяются расчётным путём, извлекаются частично или могут вовсе не извлекаться.

Рис. 1. Порядок выемки угля в двухсторонних заходках

а) Из диогональных выемочных печей; б) Из выемочных штреков

4. Подготовительные работы

Схема подготовки шахтных полей применяется преимущественно панельная, реже - этажная. Размер панели по простиранию составляет 2-3 км, по падению - 0,8-1,3 км. Отклонения в меньшую сторону возможны, когда естественными границами панелей являются крупные дизъюнктивные нарушения, охранные и барьерные целики. Этажной подготовке, как правило, отдается предпочтение при небольших размерах выемочных полей по простиранию или неправильной их конфигурации.

Способ подготовки шахтного поля, в зависимости от сближенности разрабатываемых пластов, либо индивидуальный, с проведением основных штреков транспортного горизонта для всех разрабатываемых пластов, либо групповой, с группированием на промежуточные квершлаги, проведенных от групповых штреков, подготавливающих свиту пластов. Как основные транспортные штреки, так и групповые, в зависимости от мощности угольных пластов, склонности угля к самовозгоранию и срока отработки панелей, могут быть пластовыми и полевыми. Полевая подготовка необходима для пластов, склонных к самовозгоранию, и рекомендуется при групповой подготовке и при разработке мощных пластов.

Схема подготовки панели - с делением панели по простиранию на два крыла (двухсторонние панели) или без деления (односторонние панели). Двухсторонние панели не могут применяться на пластах, угрожаемых по горным ударам. Длина односторонней панели по простиранию равна длине крыла двухсторонней панели и составляет 1-1,5 км. Крылья панелей делятся по падению ярусными штреками на ярусы. Ярус в пределах крыла панели представляет собой выемочный участок, в контуре которого ведутся работы по добыче угля, и могут делиться на подъярусы.

Способ подготовки панели обусловлен расположением подготовительных выработок относительно элементов залегания пласта в пространстве панели и их функциональным назначением. По восстанию каждая панель в бремсберговом поле подготавливается одним-двумя панельными бремсбергами с одним-двумя ходками и пульпоспускными печами по одной (односторонняя панель) или двух (двухсторонняя панель) сторон от бремсбергов. Ширина межбремсбергового целика не менее 30 м, околобремсбергового 30-40 м. При использовании одного из бремсбергов для транспортирования пульпы пульпоспускные печи могут не проводиться. И очистные работы в крыльях ярусов ведутся до границы околобремсбергового целика. Каждый ярус (выемочный участок) подготавливается аккумулирующим, параллельным и вентиляционным штреками. Ширина целика между ними (межьярусного) принимается равной или несколько больше принятой ширины выемочного столба. Аккумулирующий и вентиляционный штреки проводятся с уклоном для самотечного гидротранспорта.

4.1 Принятая схема подготовки

Данная схема (рисунок 2) предусматривает проведение панельных или капитальных бремсбергов соответственно при панельной или этажной схемах. Параллельно бремсбергам проводятся, для каждого крыла, по одной пульпотранспортному бремсбергу. Аккумулирующие, параллельные и вентиляционные штреки проводятся с уклоном i=0,05-0,06 в обе стороны от бремсбергов до границ шахтного поля при этажной и до границ панели при панельных схемах подготовки. Между аккумулирующими и параллельными штреками проводят сбойки, служащие для ликвидации протяженных тупиков, удобства проведения и обслуживания выработок. В районе пересечения бремсбергов с аккумулирующими, параллельными и вентиляционными штреками, при необходимости, оборудуются приемная площадка, переходы, обходы и кроссинги для разделения свежих и исходящих струй воздуха.

Рисунок 2 - Схема подготовки пологих и наклонных пластов с делением этажа (ярусов) на выемочные блоки.

По простиранию крыло панели или этажа делятся на выемочные блоки длиной 100 ч 150м. Для этого по восстанию пласта на всю высоту этажа или яруса проводятся блоковые печи, одна из которых является грузовой, другая - ходовой.

Форма поперечного сечения выработок может быть различной: арочной, прямоугольной, квадратной, трапециевидной с различными видами крепи: анкерной, металлической или полимерной, в зависимости от конкретных условий.

Площадь поперечного сечения выработок устанавливается исходя из условий проветривания, наличия и расположения в них транспортных средств и соблюдением требований ПБ.

5. Очистные работы

Гидроотбойка, как способ выемки угля, является важнейшим элементом гидравлической добычи и в совокупности с гидравлическим транспортом угля определяют специфику всей технологии гидродобычи.

Гидроотбойка угля осуществляется струей воды, которая с высокой скоростью выбрасывается из ствола гидромонитора через насадку под большим давлением. В результате очень сильного удара такой струёй уголь в забое разрушается и отделяется от массива. Вода растекается с большой скоростью по забою подхватывает отбитый уголь и выносит его из заходки.

Производительность гидроотбойки во многом зависит от компактности и дальнобойности гидромониторной струи. Компактность и дальнобойность струи гидромонитора зависят от характера потока воды на подходе к насадке, формы насадки и качества обработки её внутренней поверхности.

Гидромониторная струя, как исполнительный орган разрушения, характеризуется геометрическими и механическими показателями, знание которых необходимо при выборе параметров гидроотбойки.

Гидромониторная струя выбрасывается через насадок с большой скоростью. Пролетая до забоя и проходя через воздушную среду, струя преодолевает сопротивление воздуха и, смешиваясь с ним, расслаивается и рассеивается.

На гидрошахтах применяются струи среднего (2 - 5 МПа) и высокого (до 16 МПа) давления.

Работоспособность струи характеризуется давлением на выходе из насадки, которое определяется в производственных условиях при помощи манометра; кроме того, это давление даёт возможность судить о мощности струи.

Гидравлическая энергия по сравнению с электрической имеет ряд недостатков: к. п. д. гидромашин составляет всего 0,3-0,4, в то время как электрических 0,8-0,96, а затраты на подачу технической воды в забой в 4-5 раз выше чем электрического тока.

К преимуществам энергии высоконапорной воды относятся: резкое повышение безопасности работ, особенно на газовых шахтах и опасных по пыли; машины, использующие энергию высоконапорной воды, просты по конструкции, меньше по объему, безопасны в работе. И самое главное - использование энергии высоконапорной воды позволяет упростить технологию добычи угля, достигнуть малооперационности и поточности производственных процессов. Эти преимущества в итоге обеспечивают гидровыемке более высокую эффективность в сравнении с другими способами особенно в сложных горно-геологических условиях.

5.1 Средства выемки угля и типы заходок

Гидравлический способ выемки практически не имеет ограничений ни по углу падения и мощности пласта, ни по крепости угля.

В качестве средств выемки используются серийно выпускаемые гидромониторы типа ГМДЦ-3М, ГМДЦ-4, 12ГД, 16ГД и другие, работающие в диапазоне рабочих напоров технической воды от 9 до 16МПа.

Основным видом очистного забоя при гидравлической выемке угля является заходка. Заходка - очистная выработка с коротким очистным забоем, примыкающая по двум смежным сторонам к массиву угля, по двум другим сторонам к выработанному пространству, и ограждаемая от обрушенных пород целиками угля различной формы и назначения. Эти целики, временно оставляемые или совсем не извлекаемые со стороны выработанного пространства, называются подзавальными.

По направлению выемки относительно выемочной выработки и транспортировки пульпы из забоя различают следующие типы заходок: одностороние - когда выемка угля в столбе осуществляется в одну из двух сторон, но всегда в только одну сторону от выемочного штрека или печи и транспортом пульпы по этой же выработке, где установлен гидромонитор.

Двухстороние заходки. Выемку угля в них производят в обе стороны от выемочной печи и транспортом потока пульпы по этой же выработке; с выемкой угля в обе стороны от выемочной печи или выемочного штрека и транспортированием отбитого угля по специальной пульпотранспортной выработке, минуя штрек или печь, откуда ведётся выемка.

По отношению к выработанному пространству заходки бывают: закрытые, открытые и комбинированные.

Закрытые заходки - ограждены от обрушенных пород предыдущих заходок неизвлекаемыми целиками, которые называют подзавальными.

Открытые - не имеют подзавальных целиков вообще или имеют незначительные по размерам несплошные целики со стороны выработанного пространства.

Комбинированные - это комбинация открытых и закрытых заходок, когда неизвлекаемые целики, чаще всего ленточной формы, могут быть оставлены между заходками со стороны восстания или падения пласта для предотвращения прорыва обрушенных пород и ранее отработанной заходки.

5.2 Расчет параметров гидравлической выемки и выбор типов гидромонитора

В зависимости от операций составляющих единый процесс выемки совокупного времени, необходимого для их выполнения, принято различать производительность гидромонитора: по выемке Пв; производительность по забою (заходке) Пз; эксплуатационную производительность Пэксп., Пв - количество угля вынутого в процессе гидроотбойки, отнесённое к суммарному времени затраченному только на операцию отбойки угля и смыва его из забоя. При оптимальном режиме Пв = Птеор гидромонитора.

Пз - количество угля вынутого в процессе гидроотбойки угля и отнесённое к суммарному времени на выполнение всех операций: зарубки, отбойки, смыву угля, дробления негабаритов угля в заходке и на сопряжении её со штреком, перепуска угля, и осмотров забоя в течение всего времени выемки в заходке.

Пэксп - количество угля добытое в процессе гидравлической выемки и отнесённое ко времени, затраченному на все операции, выполняемые при гидроотбойке включая время на вынужденные остановки (простои) и непроизводственные сбросы воды Пуч. = Пэксп гидромонитора.

Кг - коэффициент использования гидромонитора, это отношение Пзв.

(1)

Производительность гидромонитора по забою Пз которая в основном используется в расчётах показателей работы очистного забоя, определяется из выражения:

Пз = Q Km Кl Кг (2)

При известном (принятом) dн на очистных работах (dн = 24, 25, 28, 30, 32)

, м3/с, (3)

где Р - рабочее давление в Па;

- плотность технической воды 103, кг/м3;

dН - диаметр насадка, м;

- коэффициент расхода для коноидальных насадков 0,97; для других 0,95.

Необходимое рабочее давление Р в канале ствола гидромонитора при гидроотбойке угля должно быть:

, (4)

где Ry - условный предел прочности угля, МПа.

Для определения значения Ry можно использовать и коэффициент крепости угля проф.М. М. Протодъяконова:
или , МПа; (5)
или , МПа.
Принимаем значение P = 12 МПа и гидромонитор типа 12 ГД.
, м3/с.
Теоретическая консистенция, т.е. отношения массы твёрдого (отбитого) к массе из расходованной воды, взятых за один и тот же промежуток времени.
, (6)
где Рк - критическое давление, Рк = 3Ry = 32,25 = 6,75 МПа;
Теоретически производительность гидромонитора, т.е. Птеор определяется, как:
Птеор = Q , (7)
Птеор = 288 0,33 = 95, т/ч.
Коэффициент учитывающий влияние мощности пласта:
Коэффициент учитывающий относительные размеры заходки:
, (8)
где
l - наибольшая диагональ контура заходки, м;
lр - рабочая длина струи; значение lр всегда должно быть больше или равно величине l, м.
Наибольшая диагональ заходки:
м, (9)
где х - ширина заходки (размер вдоль выемочной выработки), м;
у - длина заходки принимается равной ширине вынимаемого столба, м.
м.
, (10)
где Кф - коэффициент формы потока, зависит от проточной части ствола и составляет для гидромониторов типа ГМДЦ = 2,5, 12ГД, 12ГП = 2,8 для 16ГД и 16ГО = 3,0.
Е - коэффициент турбулентной структуры струи;
, (11)
где Dств. - диаметр проточной части ствола гидромонитора; гля гидромониторов типа ГМДЦ Dств. = 0,11 м., а для 12ГД и ГП - Dств. = 0,1м
v - коэффициент кинематической вязкости равный 10-6 м3/с;
Коэффициент учитывающий горно-геологический факторы
, (12)
где - угол падения, град;
Пз = 0,1060,33 1,66 1,07 0,76=0,047 т/с = 170 т/ч.

Эксплуатационная производительность по участку

Пэ = Пз Кн, (13)

где Кн - коэффициент, учитывающий неравномерность подачи воды в заходку, Кн = 0,86 0,7;

Пэ = 1700,86 = 146 т/ч.

Повышение производительности гидроотбойки возможно за счёт повышения давления и расхода подаваемой воды. Но при повышении производительности гидроотбойки возрастает доля вспомогательной операции (осмотр забоя, перепуски угля, разбивка негабаритов, переключения мониторов) выполняемых во время подачи воды в забой и коэффициент использования воды будет падать. Чтобы коэффициент использования воды был не ниже 0,8 (оптимального значения) время на перечисленные операции не должно превышать 0,2 - 0,4 мин/т.

5.3 Расчет параметров системы разработки

Аккумулирующий и вентиляционный штреки проводятся с уклоном для самотечного гидротранспорта. Угол наклона оси этих выработок к линии простирания пласта определяется из выражения:

(14)

где - предельно допустимый угол между осью диагональной печи и ее проекцией на горизонтальную плоскость, т.е. угол наклона диагональной печи;

- угол падения пласта.

5.3.1 Определение размеров целиков и ширины выемочных столбов

Основными техническими параметрами систем разработок с короткими очистными забоями являются: ширины выемочного столба, размеры заходок, размеры и форма подвальных целиков.

Их оптимальные размеры определяются на основании аналитических, лабораторных и шахтных исследований.

Ниже приводятся расчетные формулы, по которым рекомендуется определять указанные параметры.

При выборе оптимальной ширины выемочных столбов, в верхнем и нижнем уступах выемочной полосы двусторонних заходок, также необходимо исходить из условия равенства несущей способности угольных целиков действующим на них нагрузкам.

Ширина выемочной всей двухступной складывается из ширины верхнего и нижнего выемочного столбов (уступов заходки) и суммарной ширины выемочной и нижней оконтуривающей печей. Расчетная схема представлена на рисунке 2.

Размер (ширину) нижнего выемочного столба рекомендуется устанавливать следующим образом.

Рис. 2. Расчетная схема к определению параметров двухсторонних заходок.

Вначале находят ширину нижнего столба, используя выражение, из которого методом подбора величины b1 определяется размер нижнего выемочного столба (уступа):

, (15)

где а - ширина выемочной печи или штрека, м;

lк - размер консоли непосредственной кровли, зависающей над целиком угля; lк = 1ч3 м;

b1 - ширина нижнего выемочного столба (нижний уступ заходки), м;

Rс - предел прочности угля на одноосное сжатие, т/м3;

гп - объемный вес пород, т/м3; г=2,2ч2,4 т/м3;

H - глубина горных работ, м;

n - коэффициент запаса прочности (принимается равным 1-1,15);

hц - высота выемочного столба (целика), м; принимается равным высоте выемочной выработки, но не менее 2ч2,2м.

Коэффициент запаса прочности 1,04.

Минимальный размер нижнего столба по условиям устойчивости b1 = 5 метров.

Установив размер верхнего столба, устанавливают также методом подбора ширину верхнего выемочного столба из следующего выражения

(16)

где b - ширина верхнего выемочного столба (верхний уступ заходки), м;

гп - объемный вес (средний) пород кровли; гп =2,2ч2,4 т/м3

К - коэффициент распределения веса пород кровли на выемочные столбы и нетронутый массив угля. По данным шахтных исследований для пластов мощностью более 3,5м равен 0,33 - 0,35.

По расчету принимаем b = 6 м.

Принимаем b1 = 9 м, т.к. рабочая длина гидромониторной струи 10 м, и выемка нижнего столба ведется под защитой целиков.

Общая ширина двухступной полосы В составляет

(17)

В зависимости от ориентации выемочных столбов в плоскости пласта выемку двухсторонних заходок осуществляют:

по простиранию - из выемочных штреков;

по падению из выемочных печей.

В каждой двухсторонней заходке выемка угля в столбах (верхнем и нижнем) осуществляется, как отмечалось, обратным ходом двухсторонними заходками, самоходными или переносными гидромониторами с программным или дистанционным управлением.

Расчет размера стороны (а2) подзавального целика треугольной формы, оставляемого в двухсторонней заходке, можно ориентировочно определять по следующей формуле:

(18)

где m - мощность пласта, м;

b1 - ширина нижнего столба (нижнего уступа), м;

Hi - часть веса активной зоны пород кровли над целиком, на участке равном трети длины заходки; активная зона действующих пород кровли по данным исследований равна (6-8) ?т;

l3 - длина заходки, т.е. размер заходки вдоль выемочной выработки, м;

ц - угол естественного обрушения пород кровли (18°-22°);

Rс - предел прочности угля на одноосное сжатие;

м.

Выемка угля в верхнем уступе заканчивается извлечением подзавального целика со стороны восстания пласта и перепуском обрушенных пород.

Обрушенные породы могут перепускаться в забой и в этом случае со стороны восстания оставляется ленточный целик. Устойчивый размер его определяется по формуле

(19)

м.

Ленточные целики необходимо оставлять в односторонних и двухсторонних заходках, когда выемка угля в них ведется из выемочных штреков, при угле падения пласта более 15°-18°.

При работе нескольких гидромониторов по выемке угля в подъярусе или подэтаже опережение между очистными забоями должно быть не менее двух размеров ширины двухсторонней заходки.

5.3.2 Потери угля в заходках. Определение общих потерь по системе

При отработке заходок потери угля в них складываются из потерь в технологических циклах, оставляемого для временного поддержания кровли в заходках, потерь в потолочине и потерь недомыва отбитого угля.

Общие потери по очистному забою (заходке) определяют из выражения:

, (20)

где

Пц - потери угля в подзаваленых целиках, т;

Пп - потери угля в потолочине заходки, т;

Пн - потери угля от недомыва его из заходки, т;

Потери угля в подзавальных целиках ленточной и треугольной формы в двухсторонней заходке можно определять по формуле:

, (21)

где - ширина ленточного подзавального целика, м;

- размер стороны треугольного подзавального целика, м;

nц - количество целиков треугольной формы; принимается в зависимости от размеров площади заходки 2/3 треугольных целика и 1 ленточный.

lз - ширина двухсторонней заходки, м; это её размер вдоль выемочной выработки. Принимается равным расстоянию между скважинами т.е. шагу передвижки гидромонитора и составляет не более 10-12 м;

т.

Потери угля в потолочине определяются по формуле:

, (22)

где

Sзах - площадь двухсторонней заходки, м2;

Sц - площадь всех подзавальных целиков в пределах двухсторонней заходки, м2;

гy - плотность угля, т/м3;

Кп - коэффициент, учитывающий мощность оставляемой потолочины и принимается (0,02-0,08). Значение Кп увеличивается с увеличением мощности пласта;

т.

Потери отбитого угля от недомывок:

, (23)

где - коэффициент, учитывающий потери в заходке от недомыва угля, принимается 0,03ч0,05.

т;

т;

Потери угля в целом по очистному забою (заходке) Пзах определяются

, (24)

где Zгеол - геологические запасы угля в односторонней или двухсторонней заходке, т.

Геологические запасы угля в двухсторонней заходке составляют:

, (25)

т;

.

Коэффициент извлечения угля Кизв в заходке различного типа составит

(26)

.

6. Горнотехнические показатели

Среднесуточная добыча угля по выемочному участку складывается из добычи, получаемой из очистных заходок Аоч добычи из нарезных работ Анар, получаемой при проходе выемочных печей и сбоек и добычи угля из подготовительных работ Аподг, получаемой при проходке блоковых печей, аккумулирующего и вентиляционных ярусных штреков. Среднесуточное проведение нарезных и подготовительных выработок из условия своевременного воспроизводства фронта работ, должно быть равно суточному погашению соответствующих выработок.

Определение максимально возможной добычи очистных забоев за сутки:

, (27)

где Пз - расчетная производительность гидромонитора или комбайна по забою, т;

Nвыем. маш. - количество выемочных средств в постоянной работе, шт;

Тсут. - время подачи воды в сутки, принимается равным 15ч при шестичасовой смене и 18ч при семичасовой.

т/сут.

Определение времени отработки заходки:

, (28)

где Zпром - промышленные запасы заходки, т;

tпзо - время на подготовительно-заключительные операции, в расчете принимаются исходя из интервала 0,2-0,8, часа. Для самоходных гидромониторов tпзо не более 0,2-0,25 часа;

, часов.

Определение количества отрабатываемых заходок в сутки:

, (29)

где

tзах - время отработки заходки, час;

Промышленные запасы заходки определяются по формуме:

(30)

т.

Определение суточной добычи из выемочных (очистных) забоев в сутки:

(31)

где Nзах - количество отрабатываемых заходок в сутки, шт.;

т/сут.

Среднесуточное проведение выемочных печей (штреков), м

(32)

м,

Среднесуточная добыча угля из выемочных печей (штреков), т/сут:

(33)

, т/сут

Среднесуточная добыча угля из сбоек, т/сут

, (34)

где

Sсб. - площадь поперечного сечения сбойки в проходке, м2.

Принимается согласно требованиям ПБ; при проведении комбайном Sсб. должно быть не менее 3,7 м2. При бурении скважин в качестве сбоек их диаметр должен быть не менее 0,8 м.

.

Среднесуточная добыча угля из нарезных работ, т/сут.

Анар. = Ав. п. + Асб (35)

Анар. = 198 + 101 = 299 т/сут.

Среднесуточное проведение блоковых печей, если выемочное поле делится на выемочные блоки, м/сут.

Lбл. = Nбл. Uбл., (36)

где Nбл. - количество блоковых печей в выемочном блоке; обычно Nбл. =2 шт.;

Uбл. - среднесуточное подвигание фронта очистных работ в выемочном блоке по падению, м/сут.

, (37)

где

lбл. - длина выемочного блока по простиранию, м.;

Sбл. - площадь поперечного сечения блоковой печи в проходке, м2. Принимается не менее 4,5ч6,0 м2.

м.

Среднесуточное проведение блоковых печей, если выемочное поле делится на выемочные блоки, м/сут.:

Lбл. = Nбл. Uбл, (38)

Lбл. = 2 4,7 = 9,4 м.

Среднесуточная добыча угля из блоковых печей, т/сут.

(39)

т/сут.

Среднесуточное проведение аккумулирующих, вентиляционных штреков, а так же промежуточных штреков, если этаж или ярус делится на подэтажи (подъярусы) определяется:

Lштр. = Nштр. Uштр., м/сут (40)

где Nштр. - количество штреков в этаже (подэтаже). Принимается согласно принятой технологической схеме выемки;

Uштр. - среднесуточное подвигание фронта очистных работ по простиранию, м/сут.

(41)

где hя - наклонная высота этажа, яруса, м.;

Sштр. - площадь поперечного сечения ярусного штрека в проходке, м2. Принимается не менее 5,5ч7,5м.

Lштр= Nштр. Uштр, (42)

Lштр= 2. 0,8 =1,6 м/сут.

Среднесуточная добыча угля из штреков, т/сут.:

(43)

Среднесуточное проведение подготовительных выработок, м/сут.:

Lподг. = Lбл. п. + Lштр., (44)

Lподг. = 150 + 1,6 = 151,6 м/сут.

Суточная добыча угля из подготовительных работ, т/сут.:

Аподг. = Абл. п. + Аштр., (45)

Аподг. = 62+ 10,6 = 72,6 т/сут.

Среднесуточная добыча угля по участку, т/сут.:

Ауч. = Аоч. + Анар. + Аподг, (46)

Ауч. = 1864 + 299 + 72,6 = 2235,6 т/сут.

Выход угля из нарезных работ, %:

(47)

%.

Выход угля из подготовительных работ, %:

(48)

%.

Выход угля из подготовительных и нарезных работ, %:

(49)

%.

Выход угля из очистных работ, %:

(50)

7. Выемка угля

При гидравлической технологии разработки пластов применяют следующие способы выемки угля: гидравлический, механогидравлический и комбинированный в коротких забоях, механогидравлический взрывогидравлический в длинных очистных забоя.

Последний из названных способов в настоящие время не имеет применения на очистных работах и используются в определённых условиях при проведении выработок по породе или смешанным забоем с присечкой крепких боковых пород.

7.1 Процессы и порядок выемки угля в односторонних и двухсторонних заходках

Под "гидромониторной выемкой угля" понимают технологический процесс, при котором отделение угля от массива, пульпоформирование, транспортирование угля водой по почве заходки и от заходки на сопряжении её с выемочной выработкой, выполняется с помощью воды, поступающей через гидромонитор.

Процесс гидравлической выемки состоит из следующих основных операций. Отбойка угля, выключающая операции по проведению сбойки, отбойке угля в целиках и потолочине, а также операцию по смыву и транспортировке угля из заходки, перемешиванию и насыщению отбитого угля водой, и разбивке негабаритов струёй воды. Вспомогательные операции: осмотр забоя в ходе выемки, контроля за полной выемки, перестановка гидромонитора на новую заходку, перепуск угля по желобам вблизи забоя. Отсоединение и подсоединения гидромонитора к ставу водоводных труб, наращивание и укарачивание водоводных труб, раскрепление монитора, установка подхватов над гидромонитором на сопряжении выемочной выработки с заходкой, выбивка старой крепи при подготовке заходки, доставка деталей, масла, мелкий ремонт. Сюда же входят и такие вспомогательные операции как открывание и закрывание задвижки, опробывание монитора и маслостанции, перенос труб и старой крепи от забоя на 40 - 50м, замена насадков, шлангов и т.д.

В подготовительно-заключительные операции входят: осмотр рабочего места и забоя в начале и конце смены, запрос воды у диспечера, ожидание спуска воздуха из става труб, сдача и приём смены.

В каждом конкретном случае последовательность и порядок выемки определяется паспортом отработки заходок. Различают два вида отработки заходок гидромониторной струёй: выемка заходок без предварительного проведения сбоек, прямым ходом по всему фронту выемки, т.е. по всей ширине заходки; с предварительным проведением в заходке сбойки-подсечки до обрушенных пород отработанного столба; выемка узкими полосами - стружками в отжатой зоне, ширина которых принимается равной размеру отжатой зоны.

Отработка прямым ходом обычно применяется при выемке заходок на маломощных пластах мощностью до 1,5м и при выемке слабых, трещиноватых углей на пластах различной мощности.

Отбойку угля в этом случае ведут веерообразными полосами широкой подсечкой. Подсечка осуществляется или у почвы с дальнейшим развитием отбойки по всей мощности пласта и длине заходки с оставлением, а в благоприятных условиях и без оставления подзавальных целиков, которые извлекаются в последнюю очередь.

Выемка с проведением сбоек-подсечек в заходке на пластах средней мощности мощных начинается с проведения высоконапорной струй сбойки-подсечки шириной 2 - 3м и более в зависимости от ширины заходки, и высотой 1,5 2м сбойку берут на всю ширину вынимаемого столба до вскрытия ею завала, т.е. ранее отработанного пространства. Обрушённые породы для контроля вскрывают отверстием, так называемым "окном" небольшого размера, не более 1м 1м. Вскрыв завал мониторщик определяет что сбойка пробита. Размер окна стремятся сделать минимальным, чтобы не перепустить из породу обрушенного пространства. Затем высоту сбойки по всей её длине увеличивают почти до кровли пласта. У кровли оставляют только небольшую пачку угля толщиной до 0,3м когда кровля недостаточно устойчива, если устойчива, то высоту сбойки берут на всю мощность пласта и пачку не оставляют. Выработанное пространство при этом стараются не вскрывать. Затем отрабатывают, отрезанный сбойкой целик угля, оставляя по переферии заходки небольшие целики подзавальные в дальнем углу заходки размером 1 1м или 1,5 1,0м и целик (надштрековый) возле самой выемочной печи. После этого приступают к погашению потолочины в заходке и над выемочным штреком или печью. В последнюю очередь вынимают оставленные подзавальные целики до момента обрушения непосредственной кровли в заходке или перепуска пород из ранее отработанных заходок. Особенно сложна эта заключительная стадия выемки. Здесь практически всё зависит от квалификации гидромониторщика, размеров и освещённости забоя.

Выемка заходок полосами стала возможна с появлением самоходных гидромониторов. Суть её заключается в том, что выемку столба ведут вдоль выемочной выработки узкими полосами шириной равной размеру отжатой зоны. Как и в данном забое в коротком столбе в его краевых частях под действием опорного давления наблюдается отжим угля на какую-то величину в глубь вынимаемого столба. На глубинах более 250м размер отжатых зон почти на всех пологих пластах находится в пределах от 0,5 до 1,5м и более. Такая выемка позволяет резко снизить энергоёмкость выемки угля, потери угля и увеличить производительность гидроотбойки.

Рис. 3. Порядок выемки угля в двухсторонних заходках

а) Из диогональных выемочных печей; б) Из выемочных штреков

С увеличением параметров заходок, вызванного переходом работ на глубины более 200 - 250м (увеличилась ширина выемочных столбов) и выемку угля в заходках с переходах повышенными (до 16 Мпа) рабочими напорами схем отработки столбов увеличенной ширины односторонними заходками стала существенно мешать поточности процесса выемки. Возник ряд проблем с проветриванием заходок, увеличением потерь угля, а так же формированием пульпопотока и выпуском из заходок очень больших объемов пульпы. Этому способствовала разнонаправленность потока пульпы, поступающего из заходки, и высоконапорной струи, подаваемой в заходку. Кроме того при односторонней выемке сопряжение заходки с выемочной печью имеет недостаточные для таких объемов пульпы размеры (сечение) и выполняется под прямым углом, что очень резко "ломает" направление потока (под 900) при выходе его из заходки в выемочную печь, он замедляет скорость, а это вызывает частые и опасные заторы и забучивания и сопряжения и выемочной печи. Указанные недостатки в значительной степени утраняются с переходом в указанных условиях на новый вариант двухсторонней выемки угля в заходках с отводом всего потока пульпы через специальную пульпотранспортную выработку минуя выработку, в которой установлен гидромонитор.

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.