Загальні поняття про системи розробки потужних пластів

У загальному випадку розробка потужних пластів складніша, ніж пластів тонких та середньої потужності, як відповідно до виймання їх на всю потужність, так і кріплення очисного вибою. Крім того, утруднено спостереження за становищем покрівлі пласта, тоді як падіння навіть невеликих грудок може послужити причиною нещасного випадку. Тому діючими правилами безпеки заборонено проводити розробку пластів потужністю більш від 3,5 м при кутах падіння понад 45⁰ із кріпленням індивідуальними стояками.

Системи розробки потужних пластів поділяються на дві групи:

без розділення на шари

з розділенням на шари (так звані шарові системи розробки)

Вуглевидобувні комплекси (2УКП, КМ142) дозволяють робити виймання пластів потужністю до 4,5 м. У таких випадках застосовується ті самі системи розробок, що і на пластах середньої потужності.

Для розробки потужних крутих пластів у Кузбасі широко впроваджена система розробки, названа щитовою.

Суть щитової системи розробки полягає у тому, що в поверсі готуються печами смуги шириною 24-30 м, витягнуті по підйому від транспортного до вентиляційного штреку (рис. 7.10), які потім відробляються по падінню зверху вниз під захистом самопересувного щитового кріплення.

На вентиляційному штреку проводиться виймання пласта на всю його потужність і монтується щит, який складається із окремих секцій довжиною 6 м кожна. Секція щита – це рама із швелерних балок, поверх якої укладають декілька рядів колод діаметром 25-30 см. дерев'яну частину секції міцно скріплюють з металевою рамою. Під кожну секцію завчасно проводять вуглеспускні печі, які під щитом з'єднуються між собою канавою глибиною 2 м, в результаті чого створюється привибійний простір. Опорою щита служать цілики вугілля у покрівлі і підошві пласта.

Виймання вугілля під щитом виконується з допомогою буропідривних робіт. Цілики вугілля, на які опирається щит, руйнується і відбувається опускання (посадка) щита під дією власної ваги та ваги обрушених у виробленому порід.

Шаг посадки – 0,8-1,2 м. Відбите вугілля спускається по печах і вантажиться у вагонетки.

Основні переваги щитової системи розробки – це висока продуктивність праці, безпека робіт та малі витрати лісоматеріалів, а недоліки – значні втрати вугілля, а звідси й висока пожежонебезпечність.

Рис. 7‑10 – Система розробки потужного пласту з використанням щитового обладнання

1 – поверховий транспортний штрек, 2 - поверховий вентиляційний штрек, 3 – вуглеспускна піч, 4 – повітряподавальна піч, 5 – щитове кріплення.

Суть шарової розробки полягає у тому, що потужний пласт розділяють на шари такої товщини, щоб виймання кожного з них можна було уподібнити вийманню пласта середньої потужності. На практиці знайшли поширення похилі, горизонтальні та поперечно-похилі шари (рис. 7.11)

Рис. 7‑11 – Способи розподілу потужного пласта на шари

Похилі шари утворюються шляхом розділення пласта площинами, паралельними напластуванню (рис. 7.11, а); горизонтальні – горизонтальними площинами (рис. 7.11, б); поперечно-похилі – площинами, розміщеними по простяганню пласта з похилом у бік підошви для забезпечення руху відбитого вугілля під дією власної ваги (рис. 7.11, в).

Порядок відробки шарів може бути низхідним (у напрямку зверху вниз) та висхідним (знизу доверху). При управлінні покрівлею в шарі повним обваленням може бути тільки низхідний порядок відробки, при повній закладці – будь-який.

Потужність шару при індивідуальному кріпленні не перевищує 3,5 м, а при механізованому – визначається їх висотою. Найпоширеніша система розробки похилими шарами з вийманням з вийманням шарів у низхідному порядку та управлінні покрівлею повним обваленням.

На рис. 7.12 показана система розробки потужного пласта двома похилими шарами з одночасною розробкою шарів.

Рис. 7‑12 – Система розробки потужного пласта похилими шарами

1, 2 – поверховий польовий штрек відповідно транспортний та вентиляційний; 3, 4 – похилий проміжний квершлаг відповідно транспортний та вентиляційний; 5, 6 – шаровий штрек першого шару відповідно конвеєрний та вентиляційний; 7, 8 – шаровий штрек другого шару відповідно конвеєрний та вентиляційний; 9 – породний прошарок у пласті, що використовується для розділення шарів.

У підошві пласта проводяться польові поверхові штреки – транспортний і вентиляційний, які з'єднуються з пластом проміжними квершлагами. В кожному шарі проводиться свій транспортний та вентиляційний штреки, що дістали назву шарових. Верхній шар відробляється з випереджанням відносно нижнього. Розмір випередження зумовлюється схильністю обвалених порід покрівлі до злежування. При глинистих породах останні вже через кілька місяців ущільняються настільки, що під раніше відробленим шаром можна проводити очисні роботи в нижче розташованому шарі за умови монтажу металевої сітки між шарами. В інших випадках між шарами залишають захисну пачку вугілля товщиною 0,5-1,0 м або породний прошарок у пласті.

Виймання вугілля у верхньому шарі виконується комплексом із кріпленням підтримуючого типу (наприклад КМ-130), а в нижньому – огороджувального типу (ОКП-70 та ін.). Вугілля із лав транспортується конвеєрами по шарових штреках до переднього проміжного похилого квершлагу і далі на польовий транспортний штрек.

В останній час при розробці потужних крутих та крутопохилих пластів все більш застосовується комбіновані системи розробки з гнучким металевим перекриттям. Суть таких систем полягає у тому, що потужний пласт вугілля розділяється на два шари. Перший шар (під покрівлею) товщиною 1,5-2,0 м відробляється довгими стовпами по простяганню. У процесі виймання цього шару на його підошві настеляється гнучке перекриття із металевих штабів та металічної сітки. Другий шар відробляється під захистом цього перекриття зразу на всю останню потужність пласта. У цьому разі здебільшого використовують системи підповерхового обвалення або стовпами по падінню так само, як при щитовій системи розробки.

Питання для самоконтролю.

1. Дайте визначення терміна "система розробки".

2. Які вимоги пред'являються до вибору раціональної системи розробки?

3. Який основний признак прийнятий в класифікації систем розробки? Перелічить класи систем розробки.

4. Викладіть сутність суцільних систем розробки і назвіть їх відмінні признаки.

5. Перелічіть різновиди суцільної системи розробки і дайте їх графічну інтерпретацію.

6. Зобразите графічно суцільну систему розробки пологих пластів лава-етаж з охороною штреків: ціликами вугілля; однобічною і двобічною бутовою смугою; із проведенням штреків по пустим породам. Дайте оцінку кожного з них і назвіть умови їх застосування.

7. Який спосіб охорони вентиляційних штреків при суцільній системі розробки застосовується найчастіше за все на практиці і чому?

8. Перелічить умови, в яких при суцільній системі виробки слід розташовувати по пустим порода. Вкажіть параметри їх розташування відносно пласта і виробленого простору.

9. Зобразите графічно різновиди суцільної системи розробки: із середнім вентиляційним штреком; зі спареними лавами в етажу; з розподілом етажу на підетажі; з вийманням лавами за підняттям. Дайте їм оцінку і вкажіть умови застосування.

10. Які способи охорони пластових транспортних виробок застосовуються при суцільній системі розробки крутих пластів? Зобразите їх графічно, дайте їх оцінку і вкажіть умови застосування.

11. Те ж для вентиляційних штреків.

12. Перелічить умови, при яких допускається послідовне провітрювання лав.

13. Викладіть сутність стовпових систем розробки і назвіть їх відмінні признаки.

14. Перелічить різновиди стовпових систем розробки і дайте графічну інтерпретацію кожної з них.

15. Зобразите графічно стовпову систему розробки пологих пластів: лава-ярус; зі спареними лавами в ярусі; з поділом етажу на підетажі; з вийманням по повстанню чи падінню одинарними і спареними лавами, дайте оцінку кожної з них і назвіть умови їх застосування.

16. Як проводять виїмкові штреки відносно ізогіпси пласта? Які фактори впливають на вибір направлення проведення штреків?

17. Перелічити способи підготовки довгих стовпів по простяганню, зобразіть їх графічно, дайте їм оцінку і вкажіть умови їх переважного застосування.

18. Чому різновид стовпової системи розробки лава-ярус має найбільше розповсюдження порівняно з іншими різновидами систем цього класу?

19. В чому полягає особливість застосування стовпових систем розробки крутих пластів порівняно з пластами пологими і похилими?

20. Викладіть сутність щитової системи розробки потужних пластів. Зобразіть її графічно і дайте їй оцінку.

21. Які системи розробки відносяться до комбінованих і з якою ціллю вони застосовуються?

22. Наведіть приклади комбінованих систем розробки суцільних зі стовповими і стовпових з суцільними, зобразіть їх графічно, дайте оцінку їм і вкажіть доцільність їх застосування.

23. Якими принципами необхідно керуватися при конструюванні системи розробки, що забезпечує високі навантаження на очисний вибій по газовому чиннику? Поясніть роль кожного з них.

24. Перелічіть способи розділу потужного пласта на шари, що знайшли застосування на практиці, і зобразіть їх графічно.

25. В якій послідовності здійснюється виймання шарів і чим це визначається?

26. Зобразіть графічно системи розробки похилими шарами з вийманням лавами по простяганню; по падінню і з виїмкою смугами по простяганню. Дайте їм оцінку і вкажіть області застосування кожної.

27. Яким чином запобігають попадання обрушених порід або закладки з одного шару в інший при нисходячому порядку їх відробки?

28. Викладіть сутність і зобразіть графічно систему розробки горизонтальними шарами. Дайте оцінку їй і вкажіть область її застосування.

 

 

Розділ 8. Очисні роботи

 

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.

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

 

а б в

Рис. 8‑1 – Розміщення виконавчих органів комбайнів відносно їх корпусів:

а — центральне; б — однобічне; в — двобічне

В разі центрального розташування виконавчого органу (рис. 8-1, а) 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 (рис. 8-1, б) дозволяє зменшити (або взагалі ліквідувати) ніші з одного кінця лави. При двобічному розташуванні виконавчих органів (рис. 8-1, в) 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.

Рис. 8‑2 – Комбайни з барабанним виконавчим органом

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.

Рис. 8‑3 – Комбайни зі шнековим виконавчим органом

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.

Рис. 8‑4 – Технологічна схема виїмки вугілля вузькозахватним комбайном:

1 і 2 — нижня і верхня ніші; 3 -~ комбайн; 4 — навантажувальний леміш; 5 — конвеєр; 6 ц 7 — верхні і нижня приводні голівки

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. 8‑5 – Однобічна схема виймання вугілля комбайном: а — робочий хід; б — зворотній хід

Виймання вугілля комбайнами на крутих пластах має деякі особливості. Комбайн 1 (рис. 8-6) 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. 8‑6 – 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.