Размещено на http://www.allbest.ru/

Очисні роботи



1. Виймання вугілля

Виймання вугілля може здійснюватись механічним способом (виконавчими органами комбайнів, стругів, бурошнекових установок, відбійними молотками), за допомогою вибухових робіт, гідравлічним, механогідравлічним і механізованим способами. Вибір способу виймання залежить насамперед від властивостей вугілля й оточуючих порід, а також вимог, що висуваються до якості вугілля та витрат на його виймання. Великий вплив на вибір способів виймання завдає тривкість порід покрівлі та підошви. Якщо зусилля, що розвивають виймальні машини, недостатні для руйнування вугілля, здійснюється попереднє рихлення пласту за допомогою вибухових робіт.

Процес виймання вміщує в себе не тільки руйнування пласту, а й навантаження вугілля. Ці процеси можуть виконуватися або однією, або різними машинами, одночасно чи послідовно в залежності від гірничо-геологічних умов і технології очисних робіт. На крутих пластах відсутня необхідність в навантажувальних роботах і виймання полягає лише в руйнуванні вугілля. Те ж можна сказати про гідравлічний спосіб видобутку, де навантаження замінюється гідрозмиванням вугілля.

Найбільш широкого розповсюдження набуло виймання вугілля механічним способом. Воно відбувається або в довгих очисних вибоях, або в коротких -- камерах, заходках. У вітчизняній практиці найбільше розповсюдження отримали довгі очисні вибої. В залежності від способу виймання очисні вибої можуть мати прямолінійну або уступну форму.

Розрізняють широкозахватне і вузькозахватне виймання. Широкозахватним називають виймання, при якому руйнування вугільного масиву здійснюється смугами шириною більш 1 м. Виймання, при якому руйнування вугілля відбувається смугами шириною менше 1 м, називають вузькозахватним.

Різновидність вузькозахватного виймання, при якому руйнування вугілля здійснюється стругом, який рухається вздовж вибою і зрізає стружку шириною 0,1--0,2 м, називають струговим вийманням.

1.1 Виймання вугілля комбайнами

Очисним комбайном називається машина, яка виконує операції по відділенню вугілля від масиву, його руйнуванню і навантаженню на вибійний конвеєр. До комбайнів пред'являються наступні основні вимоги: забезпечення механізованої відбійки вугілля будь-якої міцності і в'язкості, висока продуктивність, повне навантаження вугілля на забійний конвеєр, забезпечення виходу великих класів вугілля, виїмка шару по всій довжині очисного вибою, ефективне пилоподавление при роботі і низькій питомій енергоємності.

Комбайни різняться за конструкцією, габаритними розмірами, продуктивністю, розміщенням виконавчих органів відносно корпусу та принципом роботи

В разі центрального розташування виконавчого органу довжина ніш -- ділянок лави, які не обробляються комбайном, однакова на обох її кінцях. В цьому випадку необхідно виймати ніші навіть при виносі привідних головок вибійного конвеєра у підготовчі виробки. Однобічне розміщення виконавчого органу комбайна дозволяє зменшити (або взагалі ліквідувати) ніші з одного кінця лави. При двобічному розташуванні виконавчих органів з'являється можливість обробки лави по всій довжині без ніш.

Комбайни обладнуються шнековими, буроланцюговими, дисковими штанговими, барабанними, буровими та корончатими виконавчими органами. В сучасних умовах найбільшого розповсюдження набули барабанні і шнекові виконавчі органи.

Барабанні виконавчі органи виконуються з горизонтальною і вертикальною віссю обертання. При наявності двох барабанів виконавчий орган легко регулюється по потужності шару і дозволяє змінювати глибину захоплення шляхом установки знімних елементів. Недоліками барабанних виконавчих органів з горизонтальною віссю є: неможливість самозарубування в пласт, сильне здрібнювання вугілля, недостатня транспортуюча здатність, що викликає необхідність підвищення швидкості різання, що веде до погіршення режиму різання, а також необхідність у спеціальному навантажувальному пристрої значної маси і габаритів.

Шнековий виконавчий орган аналогічний барабанному з горизонтальною віссю обертання, але відрізняється від нього умовами навантаження відбитого вугілля на забійний конвеєр. Потік відбитого вугілля направляється уздовж осі шнека, що зменшує шлях транспортування, знижує рециркуляцію і здрібнювання вугілля в процесі навантаження і не вимагає додаткових складних навантажувальних пристосувань. Робота шнекового органа не вимагає великих швидкостей, що дозволяє збільшити перетин зрізів і поліпшити сортність вугілля, що добувається. Шнекові виконавчі органи забезпечують можливість самозарубування.

На пологих і похилих пластах комбайни працюють у комплексі з вибійним доставочним конвеєром, переміщуючись безпосередньо по його ставу або до підошві пласта.

Можливі однобічна і човникова схеми роботи комбайнів у довгих вибоях.

Технологія робіт з виїмки вугілля в очисному вибої при челноковой схемі виїмки залежить від розташування виконавчого органа щодо корпуса комбайна. При однобічному розташуванні виконавчого органа останній найчастіше розташовують убік конвеєрного штреку. Це обумовлено тим, що в противному випадку необхідно пропускати вугілля під корпусом комбайна. На тонких шарах з міцними вугіллями великі шматки вугілля, потрапляючи під корпус комбайна, скидаються з конвеєра.

Винесення виконавчого органа убік вентиляційного штреку практикується на шарах, небезпечних по газі, пилові або раптовим викидам, а також при транспортуванні вугілля знизу нагору на шарах потужністю понад 1,2 м.

Практика показала, що ні лемеші, ні щити не забезпечують цілком механізованого навантаження. Зсипання вугілля з конвеєра, віджим вугілля, вивали шматків вугілля з покрівлі й інші причини не дозволяють цілком зачистити ґрунт між конвеєром і вибоєм, і в зв'язку з цим приходиться прибігати до зачищення вручну.

Унаслідок гірничо-геологічних, гірничотехнічних умов застосування і конструктивних особливостей машин і механізмів човникова схема виїмки має наступні недоліки:

при виїмці вугілля комбайном, що рухається проти вентиляційного струменя, робітники, що виконують роботи з оформлення вибою, пересувці конвеєра, кріпленню лави і т. д., знаходяться в запиленій атмосфері;

на шарах з високої газоносністю знижується ефективність природної дегазації вугільного масиву.

Крім того, при розробці шарів, небезпечних і угрожаемых по раптових викидах, необхідно, щоб люди не знаходилися на вихідному струмені, тому що у випадку викиду вони можуть виявитися в зоні раптового виділення метану.

Для підвищення ефективності виїмки вугілля при інтенсивному віджимі вугілля, помилковій покрівлі, різкій зміні кута падіння шару на окремих ділянках лави й в інших несприятливих умовах у даний час здійснюється перехід на однобічну виїмку.

Достоїнства однобічної схеми виїмки наступні: механізація зачищення вугілля при зворотному ході комбайна виключає необхідність присутності людини між вибоєм і конвеєром, що знижує виробничий травматизм в очисному вибої від обвалення вугілля і породи і зменшує в 5--6 разів трудомісткість ручних робіт із зачищення; при зворотному ході комбайн своїми шнеками додатково дробить породу і вугілля, знімає всі нерівності ґрунту, створюючи сприятливі умови для пересувки конвеєра до вибою і зменшуючи число зупинок через аварії;

У період виїмки вугілля комбайном робітники знаходяться на свіжому струмені, причому вугілля при зачищенні змочується вдруге, що значно знижує пиловиділення; відсутність робітників на вихідному струмені при виїмці вугілля комбайном при розробці викидонебезпечних пластів; підвищення ефективності природної дегазації з поверхні вугільного масиву за час, необхідне для перегону комбайна; скорочення часу на кінцеві операції.

Недоліки однобічної схеми виїмки в порівнянні з челноковой: збільшення часу роботи комбайна по виїмці смуги вугілля; збільшення (удвічі) шляхи пересування по лаві машиніста комбайна і його помічника.

Однобічна схема виїмки забезпечує підвищення ефективності навантаження вугілля в лавах, що працюють по повстанню, але не ефективна в лавах, що відпрацьовуються по падінню на шарах з кутом падіння більш 6°.

При челноковой схемі роботи комбайна з лемешами і пересувці його в заздалегідь підготовлену нішу машиніст і його помічник починають цикл із приймання зміни й огляду комбайна, демонтажу лемеша і пересувки комбайна до вибою разом з голівкою конвеєра. Після пересувки конвеєра комбайн переміщається по лаві на 3--4 м без лемеша. При цьому навантаження вугілля виробляється вручну помічником машиніста й інших робітників. Вони ж монтують леміш. На ці операції затрачається 20--30 хв.

Під час виїмки вугілля комбайном керують машиніст і один або два його помічники. Частина вугільного дріб'язку, що залишається після проходу комбайна, вантажиться на конвеєр вручну. Після зняття однієї смуги комбайн заводять у нішу у вентиляційного штреку, роблять ті ж кінцеві операції і потім знімають наступну смугу вугілля.

При однобічній схемі роботи комбайна виконавчий орган при спуску залишається в привибійному просторі, роблячи навантаження вугілля, що залишилося на ґрунті після проходу комбайна або обрушився з вибою. Верхняки секцій механізованої кріплення при такій схемі роботи пересуваються слідом за комбайном під час його робочого ходу, а пересувка конвеєра здійснюється або одночасно з карбом комбайна в нижній частині лави, або відразу ж після проходу його при зворотному ході.

Рис. 1 - Однобічна схема виймання вугілля комбайном: а -- робочий хід; б -- зворотній хід

Виймання вугілля комбайнами на крутих пластах має деякі особливості. Комбайн 1 (рис. 2) підвішується у лаві на двох канатах 2, один з яких -- запобіжний. Канати через блоки 3 йдуть до лебідки 4, яку встановлено на вентиляційному штреку. Для притиснення комбайна до вибою лаві надається нахил 5…10° на масив відносно лінії падіння. Машиніст комбайна супроводжує його по лаві. Виймання вугілля проводиться під час руху комбайна знизу вгору.

Рис. 2 - Технологічна схема виїмки вугілля комбайном на крутому пласті: 1 - комбайн; 2 - канат: 3 - блок; 4 - лебідка; 5 - пульт керування; 6 - шахтофон; 7 - стойки ОКУМ

В очисних вибоях крутих пластів, обладнаних комбайнами, механізоване виймання виконується у середньому на 70 % довжини лави в її верхній частині. У нижній частині лави вугілля виймається відбійними молотками з метою попереднього обладнання «магазинного» уступу.

1.2 Виймання вугілля стругами і скреперостругами

За стругового та скреперостругового виймання на відміну від комбайнового вугілля не ріжеться, а сколюється виконавчим органом.

Стругова установка складається зі струга, на корпусі якого встановлені різці; приводів, тягового ланцюга, вибійного конвеєра, домкратів переміщення, гідро- та електроустаткування, яке розміщується в штреку.

Струг будь-якої установки переміщується між груддю вибою і ставом конвеєру, відділяє вугілля від пласта і одночасно навантажує його на працюючий конвеєр своїм лемешеподібним корпусом. Продуктивність установки значно знижується при наявності в пласті включень.

Розрізняються статичні й динамічні струги. Перші руйнують вугілля на поверхні вибою струганням. Конструкція динамічного струга передбачає динамічний вплив руйнуючого інструменту на масив.

Порівняно з комбайнами струги простіші за конструкцією, мають менші питомі енерговитрати, забезпечують кращу сортність вугілля і більш безпечні умови праці.

Скрепероструги мають такий самий принцип відбійки вугілля, що і струги. Проте конструкція скреперостругових установок простіша. Вугілля відбивається різцями, закріпленими на скреперах, якими воно доставляється з лави до транспортної підготовчої виробки. Простота й надійність скреперостругових установок дозволяє використовувати їх для розробки надто тонких пластів.

Рис. 3 - Скреперостругова установка

1.3 Гідравлічна відбійка вугілля

Гідравлічний спосіб видобутку вугілля був запроваджений В. С. Мучником, майже п'ятдесят років тому. Цей спосіб відбійки вугілля характеризується максимальною технічною простотою. За цього способу масив руйнується кінетичною енергією водяного струменя, який викидається із ствола гідромонітора під великим тиском. Відбите вугілля змішується з водою внаслідок чого утворюється пульпа, яка самопливом рухається по гірничих виробках до місця видачі її на поверхню.

При використанні гідровідбійки застосовуються гідромонітори з насадками, діаметр отвору яких дорівнює 17…32 мм. Тиск води у струмені на виході змінюється від 4 до 12 МПа, а витрати води -- від 150 до 450 мі/год.

Гідравлічна технологія відзначається великою продуктивністю, високою надійністю та кращими умовами праці робітників.



2. Доставка вугілля в лавах

Вугілля в лавах доставляється конвеєрами, скреперостругами або самопливом. В довгих очисних вибоях на пластах де вимагається наважка вугілля, майже всюди для його транспортування використовують скребкові конвеєри. Принцип їх дії -- переміщення вантажу волочінням по нерухомому рештачному ставу за допомогою скребків, що закріплені на тяговому ланцюгу, якому надають рух привідні станції.

Скребкові конвеєри поділяються на дві групи; розбірні переносні та нерозбірні пересувні.

Розбірні переносні скребкові конвеєри можуть бути одно -- і дволанцюговими. Вони призначаються для доставки вугілля у комплексі з широкозахватними комбайнами. Зараз здебільшого ці конвеєри використовуються під час ведення підготовчих робіт, область їх використання на очисних роботах обмежена.

Нерозбірні пересувні гнучкі конвеєри призначені для доставки вугілля під час роботи у комплексі з вузькозахватними комбайнами або стругами. Нерозбірні конвеєри пересуваються на вибій окремими ділянками або в кінці виїмкового циклу одночасно по всій довжині лави а допомогою гідродомкратів. Крім доставки вугілля пересувні конвеєри виконують функції напрямних для переміщення комбайну або стругу.

Самопливна доставка застосовується в лавах крутосхилих та крутих пластів. Ковзання або скочування вугілля проходять безпосередньо по підошві або по дерев'яних настилах, стальних листах, жолобах та трубах, що мають похил до горизонталі більше 15°. Досвід показує, що самопливний спосіб транспортування найбільш економічний. Його перевагами є: простота, практично необмежена продуктивність, можливість накопичення вантажу, відсутність електромеханічного устаткування. До недоліків слід віднести значне подрібнення вугілля та велике пилоутворення.

Крім самопливної, скреперної і конвеєрної доставки в разі використання агрегатів (АЩ, АНЩ, АФК) для очисних робіт передбачена доставка вугілля у вибої конвеєростругами, коли вугілля транспортується каретками з різцями закріпленими на нескінченному ланцюгові.

Скреперна доставка вугілля використовується за скреперостругового виймання. Основні його переваги -- велика надійність та можливість використання при безлюдній технології очисних робіт.



3. Кріплення очисних вибоїв

Кріплення очисних вибоїв є одним з основних виробничих процесів при підземному видобутку вугілля. Від якісного і своєчасного кріплення очисного вибою залежить не тільки продуктивна робота людей і механізмів, але і безпека робіт. В даний час створення надійних засобів кріплення, що забезпечують продуктивну й ефективну роботу виймальних машин, у значній мірі визначає прогрес у видобутку вугілля.

Особливо важливе значення має впровадження механізованих кріплень при вузькозахватній виїмці. З кожним роком область застосування механізованих кріплень розширюється. Однак у деяких гірничо-геологічних умовах механізовані кріплення не можуть бути використані і подальший розвиток одержать індивідуальні кріплення.

Кріплення очисних вибоїв повинна задовольняти визначеним технічним, виробничим і економічним вимогам.

До технічних вимог відносяться: міцність, стійкість і твердість кріплення. Виробничі вимоги: забезпечення виконання в привибійному просторі усіх виробничих процесів і пропуску через нього необхідної кількості повітря, мінімальна маса кріплення, механізація її установки і пересувки. Економічні вимоги: мінімальна вартість кріплення і найменші трудові витрати на її зведення, видалення, перенесення або пересувку, надійність і довговічність кріплення.

За принциповою схемою конструкції усі кріплення розділяються на індивідуальні, секційні, комплектні і агрегатні.

Індивідуальні кріплення складаються звичайно з несучих і підтримуючих елементів (стійок і верхняков), установлюваних спільно і розбира цілком або частково при перенесенні або пересувці. У залежності від виконуваних функцій ці кріплення можуть розділятися на привибійні і посадкові.

Привибійним називають кріплення, Що зводиться у привибійному просторі очисного вироблення і призначену для запобігання обвалення в ньому порід покрівлі.

Посадкової називають спеціальну кріплення, застосовувану для забезпечення періодичного обвалення (площадки) порід покрівлі за межами привибійного простору по заданій лінії «обріза» покрівлі.

Індивідуальні кріплення мобільні, універсальні, приймаються майже в будь-яких гірничо-геологічних умовах, на шарах від досить тонких до середньої потужності включно, однак установка, них є досить трудомістким процесом, тому що всі операції по кріпленню виконуються вручну.

Секційні кріплення складаються з окремих секцій, що не мають постійних силових і кінематичних зв'язків між собою і з іншим устаткуванням очисного вибою. Секції кріплення за конструктивною схемою розділяються на бесстоєчні, рамні і кущові. До бесстоєчним відносяться кріплення, виконані у виді огороджувальних щитів і призначені для застосування при відпрацьовуванні шарів по падінню. У секціях рамного типу стійки розташовуються однорядно по напрямку пересування кріплення; у секціях кущового типу -- у два або кілька рядів. Пересувають ці кріплення звичайно за допомогою спеціальних передвижників, лебідок і переносних домкратів.

Комплектні кріплення складаються з окремих комплектів секцій, що не мають постійних силових і кінематичних зв'язків між собою і з іншим устаткуванням. Кожен комплект складається з двох або більш секцій, рухливо зв'язаних між собою. Пересування кожної секції здійснюється звичайно за допомогою гідродомкратів з опорою на одну або двох сусідніх секцій цього ж комплекту, що знаходяться під розпором.

Агрегатні кріплення складаються з окремих секцій, що мають постійний силовий і кінематичний зв'язок між собою і з іншим устаткуванням лави. Для пересування секцій частина з них обладнана гідродомкратами. Секції, що мають гідродомкрати, пересуваються, спираючи на базову конструкцію, а секції без домкратів пересуваються разом з базовою конструкцією.

Для секційних, комплектних і агрегатних кріплень характерна повна (або майже повна) механізація процесів їхньої пересувки й установки. Тому них називають механізованими.



4. Управління гірничим тиском в очисному вибої

4.1 Загальні відомості про способи управління покрівлею

При веденні очисних робіт порушується природна рівновага сил в масиві. Породи у виробленому просторі, що втратили опору на вугільний пласт, деформуються і руйнуються. Для запобігання значних деформацій і обвалень порід в робочому просторі очисного забою проводять різні заходи щодо регулювання проявів гірського тиску - кріплення робочого простору очисного забою і управління тиском порід покрівлі за його межами.

Ефективність і безпека ведення очисних робіт в значній мірі залежать від характеру прояву гірського тиску і від уміння управляти їм. Правильний вибір способу управління гірським тиском (управління покрівлею) - дозволяє запобігти обваленню порід покрівлі в привибійному просторі, а на крутому падінні - і сповзання підошви, внаслідок чого і забезпечується безпека і безперебійність роботи по видобутку вугілля.

Збереження привибійного простору визначається стійкістю покрівлі, шириною привибійного простори і часом існування її голої поверхні. Ця задача розв'язується шляхом правильного вибору типу кріпи і її розстановки в очисному забої.

Проте стійкість привибійного простору багато в чому визначається поведінкою порід основної покрівлі у виробленому просторі очисного забою, можливістю її обвалення або зависання у вигляді консолей. Поведінка порід у виробленому просторі характеризується їх схильністю до обвалення.

Якщо породи основної покрівлі мають дві опори - на вугільний масив і опору у виробленому просторі - стійкість порід в очисному забої значно поліпшується.

Опорою порід у виробленому просторі може служити штучна споруда або обрушені породи безпосередньої покрівлі, які при обваленні збільшуються в об'ємі і можуть повністю «підбутити» породи основної покрівлі (рис. 4).

Рис. 4 - Способи підтримки привибійного простору: а - кріпленням зі стійок і закладкою; б - привибійним кріпленням із стійок і спеціальним кріпленням при повному обваленні; в - пересувним механізованим кріпленням

Такий спосіб створення природної опори для основної покрівлі у виробленому просторі називається способом управління покрівлею повним обваленням. Якщо такі опори з роздробленої породи створюються шляхом штучного їх розміщення, то такий спосіб управління покрівлею називається повною або частковою закладкою виробленого простору.

Умовою підбучування порід основної покрівлі породами безпосередньої покрівлі, що обрушилися, є рівність

,

звідки

,

де h_н-потужність порід безпосередньої покрівлі, м;

m-потужність вугільного пласта, м, що виймається;

k_р-коефіцієнт розпушування, рівний відношенню об'єму обрушеної породи до її об'єму в масиві.

Коефіцієнт k_р, складає 1,15... 1,20, а відношення h_н/m =5...6.

Для умов порід категорії А1 і А2 k_р=1,15. Таким чином, якщо потужність порід безпосередньої покрівлі, що обвалюються, дорівнює або більше 6-кратної потужності пласта, то відбувається повне підбучування основної покрівлі і створюється порідна опора її консолі.

Більш якісною опорою з породи у виробленому просторі є його повна закладка привезеною породою, або часткова закладка з породи, одержуваної з бутових штреків.

Вибір способу управління покрівлею для конкретних умов проводиться по класифікації ДонВУГІ, в основу якій встановлена величина опускання консолі, що характеризує породи покрівлі по схильності до обвалення.

4.2 Спосіб управління покрівлею повним обваленням

Повне обвалення полягає в періодичному обваленні покрівлі за межами мінімально підтримуваної ширини робочого простору.

Спосіб управління покрівлею повним обваленням застосовується в 95% очисних забоїв Донецького басейну.

При управлінні покрівлею повним обваленням розрізняють первинну посадку і вторинні посадки масиву порід у виробленому просторі (регулярні обвалення).

Первинна посадка покрівлі проводиться після відходу очисного забою від розрізної печі на відстань, залежну від властивостей порід покрівлі, що досягає в окремих випадках 50...80 м і що супроводиться динамічними ефектами і руйнуванням кріпи в робочому просторі лави і завалами лав.

Встановлено, що безпосередня покрівля має два режими обвалення: початкове і стале.

Початкове обвалення охоплює період від проведення розрізної печі до першої посадки безпосередньої покрівлі. У міру відходу від розрізної печі оголення безпосередньої покрівлі зростають. Породи покрівлі поступово згинаються. Потім наступає перше обвалення покрівлі, яке не охоплює всієї площі покрівлі в межах оголення. Обвалення шарів відбувається послідовно, при цьому в порівнянні з нижніми шарами зменшуються прольоти і площі оголення верхніх шарів.

Рис. 5 - Характер першого обвалення порід покрівлі

Це найвідповідальніший період в роботі лави, оскільки початкове обвалення порід нерідко починається раптово, без попереджувальних ознак.

В режимі сталого руху обвалення порід безпосередньої покрівлі, консольно нависаючої над забоєм лави, відбувається ділянками регулярно після пересування кріпи. Відстань, через яку відбувається регулярне обвалення покрівлі, називається кроком обвалення або кроком посадки (Рис. 6).

Рис. 6 - Періодичність обвалення безпосередньої покрівлі

В роботі основної покрівлі виділяються також два режими -- поступове прогинання порід, що приводить до первинного її обвалення і розлом покрівлі після ряду первинних обвалень безпосередньої покрівлі, але крок обвалення при цьому значно менше кроку первинного обвалення.

Первинне і вторинне обвалення основної покрівлі відбувається стихійно, тому можливо затискання кріпи в очисному забої і навіть завали лав.

Для порід покрівлі категорії А1 і А2 без жодних попередніх умов рекомендується застосовувати спосіб управління гірським тиском повним обваленням, якщо виконується умова, а підошва не нижче середній стійкості.

Ці породи не вимагають ніяких додаткових заходів для забезпечення способу управління покрівлею повним обваленням. Проте для порід категорії А2 до первинного обвалення основної покрівлі необхідно у виробленому просторі викладати бутові смуги або демпферні пристрої, а також здійснювати примусове обвалення, запобіжне кріплення від перевантажень і деформацій.

Для категорії порід А3 і А4 з метою застосування способу управління покрівлею повним обваленням до першої посадки необхідно її торпедувати або примусово обрушать, при подальших посадках потрібно проводити торпедування порід основної покрівлі або примусове обвалення.

4.3 Часткова закладка

При управлінні покрівлею частковою закладкою безпосередня і основна покрівлі підтримуються бутовими смугами (рис. 7), що зводяться з породи, одержуваної від підривання покрівлі або підошви в бутових штреках. В більшості випадків проводиться підривання покрівлі, оскільки при цьому легше викладати бутову смугу, оскільки не потрібно піднімати породу з штреку на рівень підошви пласта.

Рис. 7 - Управління покрівлею частковою закладкою на пологих пластах

При заляганні в покрівлі міцних порід і великому газовиділенні з виробленого простору, коли у верхній частині штреку можливо скупчення метану, здійснюють підривання підошви пласта.

Бутові смуги викладають у міру посування очисного забою на відстані одна від одної, рівному стійкому прольоту порід покрівлі (до 12 м) (рис. 8. Ширина бутової смуги на пологих пластах приймається рівній 4--6 м, але не менш 3--5-кратної потужності пласта.

Рис. 8 - Управління покрівлею частковою закладкою на крутих пластах

Ширина бутового штреку (в м) визначається по формулі

,

деm-товщина пласта, м;

l_б.п-ширина бутової смуги, м;

h_п-висота підривання в бутовому штреку (h_п=0,8--1 м);

k-коефіцієнт розпушування породи при закладці (k=2-2,2).

Шпури бурят ручними або колонковими електросвердлами. Для безпеки робіт бутові штреки закріплюють тимчасовим кріпленням на протязі не менше 3 м від забою і забезпечують вільний вихід в привибійний простір лави. вугілля гідравлічний гірничий

На крутих пластах при управлінні покрівлею часткову закладку бутові смуги можуть матися свій в розпорядженні по простяганню і по падінню. По простяганню їх розташовують при породах покрівлі II, III і IV класів по класифікації ДонВУГІ, коли в безпосередній покрівлі залягають породи, не схильні до сповзання. Крім того, застосовувати таке розташування смуг можна лише на шахтах, на яких по пилогазовому режиму допускаються вибухові роботи у виробленому просторі.

Ширина бутових смуг, що розташовуються по простяганню, на крутих пластах приймається 6--15 м залежно від стійкості порід покрівлі. Шпури бурят з привибійного простору. Для утримання порід влаштовують порідний ящик, під яким викладають багаття. Трудомісткість управління покрівлею при частковій закладці на 50--70 % вище, ніж при повному обваленні. Тому застосовувати часткову закладку доцільно лише в умовах, в яких неможливе повне обвалення.

4.4 Плавне опускання покрівлі

Управління покрівлею плавним опусканням застосовується за наявності в покрівлі порід, здатних плавно опускатися на підошва пласта, без значних порушень, при підошвах, схильних до здимання. На пологих пластах цей спосіб застосовують при їх товщині, що не перевищує 1 м, на крутих -- 0,7 м.

Як спеціальне кріплення застосовують один або два ряди кострів (рис. 9), переносимих вслід за посуванням забою. При дерев'яному кріпленні останнє не витягують і залишають у виробленому просторі.

Найбільш раціональні на пологих пластах привибійні гідравлічні стійки, причому в очисному забої використовують два типорозміри стійок: більший типорозмір -- поблизу забою і менший -- на лінії вигину покрівлі. Дерев'яні багаття можуть бути замінений пневмобаллонними.

Рис. 9 - Кріплення лави при управлінні покрівлею плавним опусканням

4.5 Закладні матеріали

Для закладки застосовують пісок, гравій або корені скельні породи, здобуті на поверхні в спеціальних кар'єрах. Закладний матеріал може бути отриманий і безпосередньо в шахті, причому він обходиться в 4 рази дешевше за матеріал, здобутий в кар'єрах. Як закладний матеріал можуть бути використаний шлак металургійних заводів, відходи збагачувальних фабрик, а також порода шахтних відвалів.

Вибір закладного матеріалу визначається двома видами чинників: геомеханічними і технологічними. До геомеханічних відносяться глибина розробки вугільних пластів, кут їх залягання і потужність, зближує пластів, призначення закладного масиву, до технологічних -- система розробки, технологія очисних робіт, вид транспорту закладного матеріалу. Геомеханічні і технологічні чинники для різних вугільних басейнів різні, тому і вимоги до закладного матеріалу неоднакові.

Закладний матеріал повинен задовольняти наступним основним вимогам:

вміст пальних в ньому не повинен перевищувати 20%, крім того, він не повинен виділяти шкідливих газів у вироблений простір;

після укладання у вироблений простір він повинен давати мінімальну усадку під тиском і володіти по можливості зв'язністю; бути дешевим.

Окрім загальних вимог до закладного матеріалу пред'являється ряд вимог, пов'язаних з видом вживаної закладки:

при гідравлічній, пневматичній і механічній закладці він повинен володіти мінімальним абразивним, що зменшує знос металевих труб і гумової стрічки;

при пневматичній і механічній закладці закладний матеріал повинен містити мінімальну кількість пилуватих фракцій для зниження пилоутворення;

при гідравлічній закладці закладний матеріал повинен добре віддавати воду і не розмокати в ній; вміст глинистих фракцій в закладному матеріалі не повинен перевищувати 10%, оскільки вони виносяться водою у вигляді шламу і забруднюють вироблення, прискорюють заповнення водовідстійників і т.д.

Максимально допустимий розмір шматків закладного матеріалу при пневматичній і гідравлічній закладці -- 60--80 мм, а при самотічній і механічної -- 200--250 мм

При самотічній закладці найбільший розмір шматків визначається головним чином умовами безпеки робіт, оскільки при шматках більше 200--250 мм спостерігаються випадки пошкодження відшивання і кріпи у виробленому просторі.

При пневматичній закладці наявність шматків закладного матеріалу розміром більше 60 мм і дрібних фракцій (від 0 до 3--5 мм) приводить до частої закупорки закладного трубопроводу.

Вміст в закладному матеріалі при гідравлічній закладці шматків породи більше 60 мм викликає збільшення усадки закладного матеріалу, різке підвищення питомої витрати води, підвищений знос труб і вимагає збільшення діаметра закладного трубопроводу.

Оптимальні розміри шматків закладного матеріалу: при самотічній закладці -- до 100 мм, при пневматичній і механічній-- 20--50 мм, при гідравлічній -- менше 20 мм Кращим для гідравлічної закладки є чистий кварцовий пісок.

В природному стані закладний матеріал рідко задовольняє вказаним вимогам. Тому окрім звичайної його переробки (дроблення, розсівання) проводять шихтовку, тобто утворюють суміш із закладних матеріалів, що мають різні фізико-механічні властивості.

Процес приготування закладних матеріалів зводиться до дроблення і сортування початкової сировини. Дробильно-сортувальні установки бувають поверхневими і підземними.

4.6 Гідравлічна закладка

Процес гідравлічної закладки включає підготовку закладного матеріалу, змішування його з водою, гідротранспортування пульпи по трубах до виробленого простору, підготовку виробленого простору до закладки і зведення закладного масиву, відведення, освітлення води і відкачування її на поверхню.

Для ведення закладних робіт на шахті обладнується гідрозакладочний комплекс (рис. 10).

Закладний матеріал з бункера 1 подається па лоток змішувача 2 камери змішувача, на якому він розмивається струменем води з гідромонітора 3. Пульпа, що утворилася, стікає в приймальну воронку і далі в пульпопровід 4, по якому рухається до виробленого простору, що підлягає закладці. У виробленому просторі пульпа скидається, і тверді частки, випадаючи, утворюють закладний масив 5, а вода по дренажній трубі 6 (або канавці) відводиться в підземний водовідстійник 7. Звідси насосами 8 по трубопроводу 9 освітлена вода перекачується в камеру змішувача для повторного використовування або у водовідстійник 10 па поверхні. З водовідстійника вода насосами 11 подається в камеру змішувача. Спад води періодично заповнюється з інших джерел.

Рис. 10 - Принципова схема гідрозакладочного комплексу

Ефективність гідравлічної закладки багато в чому залежить від гранулометричного складу і консистенції пульпи. Тому до пульпи пред'являються жорсткі вимоги.

Ширина простору (крок закладки), що закладається, визначається гірсько-геологічними умовами залягання пласта, поведінкою покрівлі і видом закладного матеріалу і змінюється від 3 до 8 м.

Зведення закладного масиву може проводитися при фронтальному (рис. 11, а) і торцевому (рис. 11, б) випуску гідросуміші. При фронтальному випуску гідросуміші трубопровід діаметром 185--200 м підвішують уздовж лави до кріпильних стійок у покрівля пласта. Трубопровід через кожні 10 м має відгалуження простору, що убік закладається. При зведенні закладного масиву з піску навіть на пологому пласті можна, не укорочувавши трубопроводу, за одну операцію звести смугу закладного масиву шириною 8 м і завдовжки по падінню 40--50 м. Закладний масив з піску ущільнюється швидко під дією гравітаційних сил фільтрації. При використовуванні роздроблених порід їх шматки можуть накопичуватись поблизу вихідного кінця трубопроводу, що утрудняє зведення закладного масиву. Випуск торця гідросуміші проводять при слабкій покрівля і мінімальному кроці закладки.

Рис. 11 - Схеми зведення закладного масиву

Достоїнства гідравлічної закладки: високий ступінь механізації, мала трудомісткість закладних робіт, простота обладнання, висока продуктивність закладного комплексу, невелика величина усадки масиву, що зводиться.

Недоліком гідрозакладки є подача в шахту великої кількості води, яка зволожує повітря і забруднює дрібними фракціями закладного матеріалу гірські вироблення. Для освітлення води потрібні додаткові вироблення, а для відкачування -- насосні установки.

Неможливість поєднання робіт по зведенню закладного масиву з виїмкою вугілля в очисному забої знижує навантаження на очисний забій.

4.7 Пневматична закладка

Подрібнена порода з розміром шматків до 80 мм із вмістом до 5% глинистих домішок використовується як закладочний матеріал. Закладочний масив зводиться смугами шириною 1,5...2,0 м. Перед початком закладочних робіт здійснюється тимчасова обшивка закладочної смуги дошками, які використовуються під час викладення наступних смуг.

Металеве кріплення в зоні закладочної смуги замінюється на дерев'яне. Дерев'яне кріплення також частково витягується. Уздовж лави, приблизно посередині майбутньої смуги, монтується пневматичний трубопровід із стальних труб довжиною 2...6 м і діаметром 150...200 мм. Кінець його розміщується на відстані 3...5 м від закладочного масиву. Під час зведення смуги пневматичний трубопровід скорочується і зняті труби укладаються на місце зведення нової смуги. Із цих труб монтується новий трубопровід.

Пневматична закладка забезпечує порівняно високу щільність закладочного масиву (усадка 20...30%). Проте під час пневматичної закладки має місце значне пилоутворення, а також великі витрати на закладочне, транспортне і силове устаткування, підвищені вимоги до закладочного матеріалу. Пневматична закладка може використовуватись у різних гірничо-геологічних умовах.

Для застосування механізованих комплексів із закладкою виробленого простору створені трубопроводи, що пересуваються без розбирання. Закладний матеріал подається в смугу через бокові випускні отвори. При цьому створюється щільний закладний масив з високою несучою здатністю, оскільки закладаються вузькі смуги при невеликій відстані від випускного отвору до укосу закладки.

Рис. 12 - Технологічна схема виймання тонкого вугільного пласта механізованим комплексом с пневматичною закладкою: 1 -- пневмозакладочна машина; 2 -- пневмозакладочний трубопровід; 3 -- насосна станція; 4 -- секції механізованого кріплення; 5 -- комбайни; 6 -- конвеєр; 7 -- забойний розподільчий трубопровід; 8 -- стрічковий конвеєр

На мал. представлена технологічна схема виїмки тонкого пологого пласта з механізованим комплексом і пневматичною закладкою.

4.8 Самотічна закладка

Самотічна закладка широко застосовується на крутих пластах. Доставка закладного матеріалу по виробленнях вентиляційного горизонту може проводитися локомотивами у вагонетках з глухим кузовом, з бічним або донним розвантаженням, стрічковими конвеєрами, конвеєрними поїздами. Можливі також їх поєднання.

При самотічній закладці закладний матеріал поступає у вироблений простір і розподіляється в ньому під дією власної ваги. Ущільнення закладного масиву в початковій стадії його зведення відбувається за рахунок сили тяжкості падаючих або скачуються шматків закладного матеріалу, а надалі -- під дією ваги вищерозміщених шарів закладного масиву.

Рис. 13 - Зведення закладочного масиву в потолкоуступному забої за наявності пересувної огорожі: 1 - привибійні стійки; 2- якірний пристрій; 3- стійки розпорів на огорожі; 4 - огорожа; 5- направляючі риштаки для спуску вугілля

Якщо закладні матеріали доставляються з поверхні, то технологічна схема передбачає наступні ланки їх транспортування: спуск в шахту, відкатка по гірських виробленнях і самотічна доставка в межах очисного забою. Закладний масив зводиться у відпрацьованій смузі шириною 6--10 м після її відшивання. Разом з відшиванням зводиться допоміжне кріплення, на споруду якої затрачується при шаровій виїмці могутніх пластів до 25--30 чіл-змін на 1000 т здобутого вугілля. В середньому на підготовку виробленого простору до закладки затрачується 30--60% часу, що витрачається на виїмку вугілля.

При розробці тонких крутих пластів закладний масив може розташовуватися або під кутом природного укосу, або паралельно забою. В останньому випадку застосовують спеціальні жорсткі або пересувні огорожі.

Жорстка огорожа є стінкою із стійок і відшивання з дощок або дротяної сітки. Жорстка огорожа споруджується на повну потужність пласта.

Процес зведення закладного масиву із застосуванням пересувної огорожі полягає в періодичному переміщенні огорожі у міру посування забою і засипці закладного матеріалу за огорожу. Огорожа виконується з металевої сітки і конвеєрної стрічки, довжина його на 2--4 м менше довжини уступу. Пересування огорожі може проводитися одночасно в декількох уступах, а при прямолінійному забої воно пересувається послідовно зверху вниз. Вироблений простір у вентиляційного штреку і в самому штреку закладається механічним або пневматичним способом. Самотічну закладку рекомендується застосовувати при розробці пластів з, кутами падіння більш 40°, коли не підробляються відповідальні об'єкти.

Достоїнства самотечной закладки: невисокі витрати на роботи; невелика кількість вживаного устаткування, що дозволяє організувати закладні роботи в короткі терміни.



Література

1.Ананьин Г.П. и др. Технология подземных горных работ - М.: Недра, 1970. - 367 стр.

2.Гірнича енциклопедія

3.Горная энциклопедия - М.: Сов. энциклопедия, 1984-1990 гг.

4.Дорохов Д.В. и др. Технология подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых - Донецк: ДонГТУ, 1997. - 344 стр.

5.Килячков А.П. Технология горного производства - М.: Недра, 1985.

6.Некрасовский Я.Э., Колоколов О.В. Основы технологии горного производства - М.: Недра, 1981. - 200 стр.

7.Правила безпеки у вугільних і сланцевих шахтах - К.: Основа, 1994. - 356 стр.

8.Правила технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт - М.: Недра, 1986.

9.Стрельников В.И. Технология очистных работ - Донецк: ДонНТУ, 2001. - 150 стр.

Размещено на Allbest.ru

...