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 (рис. 8-10), 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. 8‑10 – 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. 8-11)

Рис. 8‑11 – 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.

Часткова закладка

При управлінні покрівлею частковою закладкою безпосередня і основна покрівлі підтримуються бутовими смугами (рис. 8-12), 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. 8‑12 – 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. 8-13). Ширина бутової смуги на пологих пластах приймається рівній 4—6 м, але не менш 3—5-кратної потужності пласта.

Рис. 8‑13 – Управління покрівлею частковою закладкою на крутих пластах

Ширина бутового штреку (в м) визначається по формулі

,

де m – 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.

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 (рис. 8-13). 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.

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. 8-14), 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. 8‑14 – Кріплення лави при управлінні покрівлею плавним опусканням

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.

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. 8-15).

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. 8‑15 – 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. 8-16, а) і торцевому (рис. 8-16, 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. 8‑16
– 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.

Пневматична закладка

Управління гірничим тиском повною пневматичною закладкою виробленого простору в лаві на пологому пласті при використанні індивідуального кріплення представлене на рис. 8-17.

Рис. 8‑17 – Схема управління гірничим тиском повною пневматичною закладкою виробленого простору в лаві на пологому пласті: 1 - конвейєр для транспортування закладального матеріалу до пневмозакладальної машини; 2 - пневмозакладальна ма­шина; 3 - діючий трубопровід; 4 - трубопровід, який монтується для викладки наступної смуги; 5 - закладальний масив; 6 - комбайн; 7 - конвейєр лави: 8 - конвейєр на транспортному штреку; 9 - транспортний штрек; 10 - вен­тиляційний штрек; 11 - обшивка з дошок

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 (рис. 8-18). 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. 8‑18 – 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.

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. 8‑19 – 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 (рис. 8-19). 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.

Питання для самоконтролю.

1. Які використовуються способи виймання вугілля?

2. Які конструкції комбайнів використовуються при очисних роботах?

3. Що таке човникова і однобічна схеми роботи комбайну, коли вони використовуються і які достоїнства і недостатки цих схем?

4. Особливості очисних робіт на крутих пластах.

5. Викладіть особливості стругової технології виймання вугілля.

6. Перелічить способи доставки вугілля в лавах.

7. Які різновиди кріплення використовуються у очисних вибоях?

8. Дайте визначення поняття "управління покрівлею".

9. Перелічить способи управління покрівлею і умови їх використання.

10. Які види закладки виробленого простору використовуються, їх особливості?

11. Викладіть вимоги до закладочних матеріалів.