Технология организации первичных работ на горном производстве

Гипотеза свода естественного равновесия (свода давления, свода М.М. Протодьяконова). Над забоем образуется параболический свод, своими пятами опирающийся на пласт и на обрушенные породы. До глубины 200 - 300 м это гипотеза дает вполне приемлемые результаты. Данная гипотеза хорошо объясняет проявление отжима угля и появление опорного давления.

Гипотеза шарнирных блоков. По этой гипотезе горное давление вызывается весом блока горных пород АБСД, поворачивающимся над очистным забоем вокруг шарнира Д. Для сохранения равновесия блока необходимо, чтобы сумма момента всех сил - веса блока и реакции крепи - относительно точки поворота равнялась нулю, т.е. Q · l + (R¹a1 + R²a2 + + R³a3) = 0

Кроме этого существуют гипотезы консольных балок и плит, волны давления, призм сползания, предварительного растрескивания и т. д.

Для нейтрализации проявления горного давления необходима установка крепи и проведение спецмероприятий - управление г.д.

Горная или шахтная крепь - горнотехническое сооружение, возводимое в очистных и подготовительных выработках для обеспечения их устойчивости, безопасности условий труда, а также управления г.д.

По конструктивному исполнению крепи очистных забоев делятся на: индивидуальные, механизированные, комплектные, секционные. Наибольшее распространение получили первые два типа.

Индивидуальная крепь - крепь, состоящая из отдельных, не связанных между собой элементов (рам, стоек, верхняков), переставляемых вслед за подвиганием забоя без применения средств механизации.

Основные требования, предъявляемые к крепи - прочность, жесткость или податливость в зависимости от горногеологических условий, возможность многократного использования, технологичность исполнения, минимальная трудоемкость установки и снятия и т.п.

Индивидуальные крепи делятся на призабойные и специальные или посадочные.

Призабойная горная крепь - крепь очистной выработки, устанавливаемая или передвигающаяся вслед за подвиганием забоя и служащая для поддержания кровли в рабочем пространстве.

Специальная (посадочная) горная крепь - крепь очистных выработок, устанавливаемая на границе с погашаемым выработанным пространством и служащая для управления обрушением или плавным опусканием кровли. Посадочная крепь, применяемая при управлении горным давлением, способом полного обрушения называется обрезной.

В качестве посадочной применяют органную, костровую, кустовую крепи, посадочные секции механизированной крепи, металлические посадочные стойки (тумбы). Крепь устанавливается параллельно линии забоя и передвигается по мере подвигания забоя.

Индивидуальная призабойная крепь очистных забоев имеет, как правило, конструкцию крепежной рамы - 2 - 3 стойки под верхняк, располагаемой параллельно или перпендикулярно забою в зависимости от горногеологических условий. Стойки индивидуальной крепи могут изготовляться из дерева или металла. Металлические стойки бывают стойки трения и гидравлические. По схеме работы эти стойки относятся к податливым.

Стойки трения состоят из корпуса и выдвижной части, запираемой выдвижным замком. Если грани выдвижной части параллельны, то стойка относится к стойкам постоянного сопротивления, т. е. равная нагрузка на стойку вызывает равное опускание выдвижной части. Если грани выдвижной части конусные (угол конуса 3 - 5⁰), то стойка является стойкой нарастающего сопротивления - одинаковая нагрузка вызывает различную, все уменьшающуюся посадку выдвижной части.

Гидростойки представляют собой гидроцилиндр с корпусом и выдвижной частью. Гидростойки являются стойками податливыми постоянного сопротивления.

Бывают с внешним питанием - рабочая жидкость (эмульсия) впрыскивается в стойку от маслостанции через шланг и с внутренним питанием или автономные - рабочая жидкость залита в стойку.

Достоинства индивидуальной крепи - универсальность (возможность применения в любых горногеологических условиях), простота изготовления, легкость, относительная дешевизна.

Недостатки: большой расход леса на крепление, высокая трудоемкость установки и перестановки стоек.

Механизированная крепь - самопередвигающаяся металлическая гидрофицированная крепь очистного забоя, предназначенная для поддержания пород кровли, сохранения очистной выработки в рабочем и безопасном состоянии. Обеспечивает механизацию производственных процессов и управление породами кровли, передвижку става забойного конвейера вместе с выемочной машиной.

Впервые создана в СССР в 1932 году, серийно выпускается с 1967 года (КМ - 87). Область применения современных механизированных крепей - очистные забои пологих наклонных и крутых пластов мощностью от 0,7 до 5,0 м.

Состоят из отдельных однотипных секций, расставленных с определенным шагом установки по длине очистного забоя и перемещающихся в направлении его подвигания. Длина комплекта крепи - 80 - 200 м.

Секция состоит из основания, опирающегося на породы почвы, верхнего перекрытия, поддерживающего породы кровли, оградительной части, препятствующей проникновению в рабочее пространство обрушенных пород кровли, гидравлических стоек (от 1 до 6 на секцию), с помощью которых оказывается податливое сопротивление опусканию пород кровли, одного - двух домкратов, осуществляющих передвижку секции и става забойного конвейера.

В зависимости от характера взаимодействия с породами кровли механизированной крепи делятся на:

Поддерживающие - поддерживают кровлю на всей длине крепи и могут совершенно не иметь оградительной части или иметь ее весьма упрощенного вида. Отношение длины поддержания к длине крепи примерно равно 1.

Оградительные - не поддерживают кровлю, а лишь ограждают рабочее пространство лавы от проникновения обрушенных пород.

Поддерживающее - оградительные - поддерживают породы кровли и ограждают рабочее пространство лавы. Кпод примерно равно 0,5. Гидравлические стойки связаны с поддерживающей частью.

Оградительно - поддерживающие - в основном ограждают рабочее пространство и частично, при помощи козырьков, поддерживают породы кровли. Кпод составляет примерно 0,2.

Крепи поддерживающего типа применяются на пластах мощностью до 2,0 м, со спокойной гипсометрией, при породах кровли средней устойчивости и выше.

Поддерживающе-оградительные - на пластах мощностью от 2,0 до 4,5 м при любой гипсометрии и тех же породах.

Оградительно - поддерживающие - пласты мощностью 2,0 - 4,5 м, со спокойной гипсометрией, при породах неустойчивых и выше.

По устойчивости породы кровли делятся на пять групп:

Весьма неустойчивые - в призабойном пространстве полоса обнаженной кровли шириной до 1,0 м сохраняет устойчивость до 2 - х часов.

Неустойчивые - полоса кровли той же ширины сохраняет устойчивость от 2 до 6 часов.

Средней устойчивости - полоса обнаженной кровли шириной до 2,0 м сохраняет устойчивость не менее 6 часов.

Устойчивые - полоса шириной 2,0 м сохраняет устойчивость до двух суток.

Весьма устойчивые - ширина обнаженной кровли более 2,0 м сохраняет устойчивость в течении длительного времени.

Достоинства механизированных крепей - высокая безопасность труда, возможность комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, повышения нагрузки на забой.

Недостатки - высокая металлоемкость, высокая стоимость, высокая трудоемкость монтажно-демонтажных работ, необходимость сохранения постоянной длины лавы.

Механизированные крепи могут передвигаться в забое по следующим схемам:

а) последовательная с фронтальной передвижкой конвейера. Вслед за подвиганием комбайна к конвейеру одна за другой подтягиваются секции механизированной крепи. После снятия полосы угля по всей длине лавы и передвижки всех секций крепи выдвигаются штоки домкратов и конвейер подвигается к забою сразу по всей лаве;

б) последовательная с передвижкой конвейера "волной". Вслед за подвиганием комбайна выдвижением штоков домкратов к забою подвигается конвейер, изгибаясь за счет люфта в местах соединений рештаков.

Затем, на расстоянии 10 - 15 м от комбайна к забою подвигаются секции крепи.

в) шахматная с передвижкой конвейера "волной". Вслед за подвиганием комбайна переносными домкратами конвейер подвигается к забою. Секции крепи в данном случае применяются двух типов - призабойные и посадочные. В начале к конвейеру подтягиваются призабойные секции (например, первая и третья), затем под их защитой - вторая, потом снова пятая и седьмая, затем четвертая и шестая и т. д.

В местах примыкания лавы к вентиляционной и транспортной выработкам (обычно под прямым углом) площадь обнажения кровли, как правило, значительно больше, чем в самой лаве. В этих местах устанавливается специальная крепь - крепь сопряжения.

8. Управление горным давлением

Вмещающими породами пласта являются кровля и почва. Различают: ложную, непосредственную и основную кровлю, а также непосредственную и основную почву.

Слой слабых пород небольшой (5 - 20 см), залегающий над пластом и обрушающийся вместе с выемкой угля называется ложной кровлей.

Слой пород, залегающий над пластом, сохраняющий временную устойчивость и обрушающийся после уборки крепи называется непосредственной кровлей.

Слой прочных устойчивых пород, залегающий над пластом, способных не обрушаться длительное время называется основной кровлей.

Слой пород, залегающих под пластом и воспринимающий давление стоек крепи называется непосредственной почвой.

Значительную часть давления на призабойную крепь оказывает непосредственная кровля. Основная кровля может оказывать пригрузку на непосредственную или не оказывать ее, если непосредственная кровля опускается быстрее основной и между ними образуется щель.

Поскольку площадь выработанного пространства одного очистного забоя за год работы составляет сотни и тысячи квадратных метров, а давление может достигать P = Hг (глубина работ x объемный вес), т. е. на глубине 400 м давление может достигать 1000 т/м², то удержать всю толщу нависающих пород крепь не в состоянии. Плотность крепи в забое обычно составляет 1,5 - 2,0 ст/м² при несущей способности стоек около 50 т.

Следовательно, необходимо уменьшить давление (нагрузку) на призабойную крепь, уменьшив размеры зависающей части пород кровли.

Совокупность мероприятий по ограничению интенсивности проявления горного давления в целях обеспечения безопасности и необходимости производственных условий в забое называется управлением горным давлением.

Необходимая ширина рабочего пространства, которая по производственным условиям должна поддерживаться, складываться из:

условий размещения горной техники и безопасности - комбайновой, конвейерной дорожки и прохода для людей, а также условий пропуска через поперечное сечение забоя необходимого количества воздуха и составляет обычно 2,5 - 4,0 м.

Оставшаяся часть нависающих пород должна быть или обрушена или поддержана специальными способами (не крепью).

Породы кровли делятся на 4 класса:

I класс - непосредственная кровля представлена толщей легкообрушающихся пород, мощность которых в 6 - 8 раз превышает мощность угольного пласта. Основная кровля - любая.

II класс - непосредственная кровля представлена толщей легкообрушающихся пород, мощность которых меньше шести - восьмикратной мощности пласта. В основной кровле залегают прочные породы, которые обрушаются после выемки угля на значительной площади.

III класс - в непосредственной кровле залегает относительно мощная толща труднообрушающихся пород. В отдельных случаях непосредственная кровля отсутствует и над пластом залегает основная кровля, допускающая обнажения на большой площади.

IV класс - в непосредственной кровле залегают породы, обладающие способностью плавно опускаться без разрыва сплошности.

Существуют 6 способов управления горным давлением.

Полное обрушение (при породах I класса). При этом способе на границе рабочего и выработанного пространства устанавливается специальная посадочная крепь - органный ряд, кусты, посадочные тумбы, стенки, создающие режущую кромку, по которой происходит обрушение кровли. Старая посадочная крепь и призабойная крепь в промежутке между старой и новой органками убираются и, лишенная поддержки, кровля обрушается. Расстояние, на которое перемещается посадочная крепь, называется шагом посадки (обрушения). В данном случае происходит полное обрушение пород непосредственной кровли, а затем и основной кровли, которая временно поддерживается массивом угля и обрушенными породами непосредственной кровли, которая подбучивает основную.

Частичное обрушение (при породах II класса). Когда мощности пород непосредственной кровли не хватает для подбучивания основной, производят неполное обрушение непосредственной кровли отдельными участками. Остальная часть этой кровли удерживается бутовыми полосами, выкладываемых из породы, доставляемой с поверхности, из проводимых на шахте полевых выработок или получаемой из проводимых в лавах прорывных штреков.

Частичная закладка (породы III класса). При еще меньшей мощности непосредственной кровли или полном ее отсутствии приходится удерживать основную кровлю также на бутовых полосах, но ширина их увеличивается, расстояние между ними сокращается. Общий объем заложенного пространства в лаве доходит до 60 - 70 %.

Частичная закладка и частичное обрушение, наиболее трудоемкие способы управления горным давлением, поскольку выкладка бутовых полос производится вручную.

Плавное опускание (породы IV класса). На границе рабочего и выработанного пространства устанавливается податливая специальная крепь - деревянные костры или пневмокостры и породы непосредственной кровли, постепенно сминая крепь, плавно опускаются на почву пласта. Наличие дующей почвы благоприятно сказывается на применении этого способа. Как правило, применяется на пластах мощностью не более 1,1 - 1,3 м.

Удержание на целиках. При разработке малоценных полезных ископаемых, когда потери его не играют особой роли, в рабочем пространстве периодически оставляют невынутые полосы или столбы полезных ископаемых - целики, которые удерживают кровлю. Применяется при камерных и камеро - столбовых системах разработки.

Полная закладка выработанного пространства. Применяется, в основном, при работе под застроенными площадями, крупными водоемами, железными дорогами, т. е. при необходимости сохранения земной поверхности, а также при разработке ценных полезных ископаемых, когда оставление целиков недопустимо. Все выработанное пространство заполняется пустой породой, образующей закладочный массив, который и воспринимает горное давление. Материал для закладки обычно подается с поверхности шахты.

Различают: самотечную закладку (на крутых пластах) - закладочный материал подается в нужное место под действием собственного веса. Усадка закладочного массива при самотечной закладке - до 40 - 50 %.

Пневматическая закладка - закладочный материал подается к месту закладки струей сжатого воздуха. Усадка - до 30%. Недостаток - большое пылеобразование.

Механическая закладка - закладочный материал забрасывается метательными машинами или запрессовывается поршнем. Усадка 20-30%. Недостаток - большой вес оборудования.

Гидравлическая закладка - закладочный материал подается к месту закладки струей воды. Усадка 8 - 12 %. Основные достоинства - полное отсутствие пыли, высокая пожаробезопасность.

9. Концевые операции в лаве

При фланговой выемке угля очистным комбайном, после снятия очередной полосы, необходимо перевести комбайн на новую дорогу. Операции, связанные с подготовкой оборудования к выемке новой полосы угля и перемещением его на новую дорогу называется концевым.

Характер концевых операций определяется технологией очистных работ. При челноковой схеме выемке узкозахватными комбайнами аналогичные концевые операции выполняются у обоих концов лавы. При односторонней схеме - только у одного конца, но возникает дополнительная операция - перегон комбайна. Полнота выемки полосы угля на конечных участках лавы (у подготовительных выработок) зависит от способа расположения исполнительных органов на корпусе комбайна .

Длина участка лавы, необрабатываемая комбайном, зависит от размеров приводов, которые определяют предел передвигания комбайна по ставу конвейера. В тех случаях, когда комбайн не может производить выемку полосы у конца лавы и самозарубку, подготавливаются ниши. Подготовка ниш является наиболее трудоемкой частью концевых операций.

Возможно также увеличение ширины подготовительной выработки с целью размещения привода в ней. Это ликвидирует ниши, но увеличивает стоимость проведения выработки.

Таким образом, возможны следующие способы выполнения концевых операций - передвижение комбайна в специально подготовленную нишу, самозарубка исполнительных органов и передвижение комбайна по свободному пространству на сопряжении лавы с выработкой.

Одним из самых распространенных способов является использование ниш. Ниши могут подготавливаться буровзрывным способом, отбойными молотками или специальными нишерезными машинами. Длина ниш для современных комбайнов составляет 5-7 м. каждая. Трудоемкость работ по подготовке ниш БВР или отбойными молотками доходит до 20-25% общей трудоемкости работ в лаве . Самозарубка исполнительных органов комбайна в пласт угля может быть фронтальной (при расположении исполнительных органов на концах корпуса ) и косыми заездами (при любом расположении исполнительных органов). Среднее время самозарубки 25-30 минут.

Ширина подготовительной выработки при выносе привода конвейера в нее зависит от типа забойного оборудования и обычно составляет 5-6 м. вместо обычных 2-3м.

Операции на концах очистных забоев осуществляются в зоне взаимного влияния лавы на подготовительные выработки. Очистной забой оказывает существенное влияние на устойчивость подготовительной выработки, что вызывает необходимость усиления мероприятий по охране выработки. Место пересечения лавы с подготовительной выработкой, где проявляется их взаимное влияние, на основные процессы, процессы, протекающие в этом месте, называется сопряжением.

Размеры сопряжения зависят от многих факторов и обычно составляют: по выработке 25-30 м, по лаве 10-25 м.

10. Монтаж и демонтаж механизированных комплексов

Монтаж механизированных комплексов - это сложный многооперационный и трудоемкий технологический процесс. В него входят горные работы по сооружению монтажных камер, транспортирование, сборка и разборка конструкций в сложных условиях подземной выработки.

Средняя продолжительность монтажа комплексов поддерживающего типа составляет 20-25 суток, а трудоемкость от 600 до 1000 человекосмен.

Процесс монтажа мехкоплексов складывается из работ на поверхности по опробыванию комплекса, погрузка его в транспортное средство, транспортирование к стволу и спуск по нему, транспортировке по основным подготовительным выработкам до участка к монтажным камерам и, наконец, собственно работ по монтажу, выполняемых непосредственно в монтажных камерах и прилегающих к ним выработках.

Для транспортировки узлов и деталей мехкомплексов по горным выработкам применяются специальные платформы, площадки, монорельсовые дороги и прочие устройства.

В зависимости от массы секций крепи, их конструктивных особенностей, размеров, способов и технических средств погрузочно-разгрузочных работ, а также транспортировки все механизированные комплексы можно разделить на 2 группы:

Первая группа - механизированные комплексы для тонких и частично средней мощности пластов (0,7-2,0 м.) пологого и наклонного падения, а также комплексов и агрегатов для других тонких пластов, транспортирование секций крепи которых к монтажным камерам производится в собранном виде.

Вторая группа - механизированные комплексы для пологих и наклонных пластов, мощностью более 2,0 м. секции которых транспортируются по выработкам в частично разобранном виде. Сборка секций крепи этих комплексов производится на сопряжении с монтажной камерой или в самой камере.

После окончания очистных работ в лаве, комплекс должен быть демонтирован, т.е. извлечен из забоя и выдан на поверхность для ремонта или перемонтирован в другую лаву. Продолжительность демонтажа комплексов обычно больше, чем монтажа, хотя трудоемкость работ ниже. Демонтажная камера либо погашается вслед за извлечением секций, либо поддерживается индивидуальной крепью.

Литература

Брюховецкий О.С. Основы гидравлики / О.С. Брюховецкий. - М.: Недра, 2001.- 156с.

Булат А.Ф. Научно-технические основы создания шахтных когенерационных комплексов / А.Ф. Булат, И.Ф. Чеме. - К.: Наукова думка, 2006. - 175 с.

Булычёв Н.С. Механика подземных сооружений в примерах и задачах / Н.С. Булычёв. - М.: Недра, 2009.- 270 с.

Булычёв Н.С. Проектирование и расчёт крепи капитальных выработок / Булычёв Н.С., Фотиева Н.Н., Стрельцов Е.В. - М.: Недра, 2006.- 288 с.

Бызов В.Ф. Управление качеством продукции карьеров / В.Ф. Бызов. - М.: Недра, 2001.- 239 с.

Васючков Ю.Ф. Горное дело / Ю.Ф. Васючков. - М.: Недра, 2000.- 512 с.

Агошков М.Я., Боов С.С, Боярский В. А. Разработка рудных и нерудных месторождений. М., Недра, 2003.

Баранов А. О. Расчет параметров технологических процессов подземной добычи руд. М., Недра, 2005.

Барите Е. Г. Взрывные работы на подземных рудниках. М., Недра, 2005

Размещено на Allbest.ru