Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Контрольная работа

Технология проведения шахтных горных работ



Организация работ в очистном забое

Организация работ - система научно обоснованных мер, направленных на эффективное выполнение планов при наиболее целесообразном использовании материальных и денежных ресурсов.

Производственные процессы могут быть высоко механизированы и даже автоматизированы, но при плохой организации работ мы можем не получить желаемых экономических показателей.

Процессы в забое могут выполняться последовательно и совмещено во времени. Оптимальная организация работ - максимальное совмещение во времени основных и вспомогательных процессов и операций, ликвидация и сведение к минимуму простоев, и, по возможности, технологических перерывов, обеспечение своевременного и качественного планово-предупредительного осмотра и ремонта оборудования, своевременная доставка необходимых материалов.

Работы в очистном забое могут быть организованы по цикличному или поточному методу.

Поточность - полное совмещение во времени выполнения основных и вспомогательных операций без технологических перерывов и простоев. Поточность обычно обеспечивает струговая выемка.

В комбайновых лавах более распространена циклическая форма организации работ.

Цикл - это периодически повторяющаяся совокупность всех процессов и операций, выполняемых в определенном порядке, необходимых для выемки угля по всей длине лавы на величину продвигания забоя, предусмотренную паспортом.

Длительность и последовательность выполнения всех операций в очистном забое должно быть тщательно расчитано, продумано в техническом и организационном отношениях и должно выполняться по определенному расписанию, оформленному в виде графика.

График - наглядное изображение работ, которое показывает как, в каком порядке, в конкретных условиях данного участка, данного рабочего места должны выполняться процессы, обеспечивающие законченность цикла работ.

Для очистных забоев обычно применяется координатные графики, изображающие протекание процессов во времени и пространстве. За единицу времени принимают сутки. График организации работ состоит из трех частей - планограммы работ, графика выходов рабочих, таблицы технико-экономических показателей.

На планограмме изображаются все основные производственные процессы, выполненные в забое, их последовательность и взаимная увязка во времени и пространстве.

На графике выходов указаны профессии рабочих по сменам и время пребывания на работе.

Таблица ТЭП содержит результаты, которые могут быть получены при запроектированной организации работ.

В зависимости от горногеологических условий узкозахватные комбайны могут работать по трем основным схемам - челноковая (наиболее удобная для поточной организации), односторонняя с зачисткой лавы и уступная.

При челноковой выемке (мощность пласта не более 2,0м) все процессы выполняются при движении комбайна в одном направлении. Таким образом, цикл заканчивается при перемещении машин из одного конца лавы в другой.

Односторонняя схема работы с зачисткой лавы (мощность от 2,0м. до 3,0 м) предусматривает выемку угля при движении комбайна в одном направлении и погрузку отбитого, но не погруженного угля при обратном его движении (зачиска). После зачистки лавы происходит передвижка крепи и забойного конвейера. То есть, для выполнения одного цикла комбайн должен вернуться в исходное положение.

Уступная схема (мощность более 3,0 м) предусматривает выемку верхней части забоя (обычно 2/3 мощности пласта) при движении комбайна в одном направлении - при этом выдвигаются лишь козырьки крепи, удерживающие кровлю, а секции остаются на месте - и снятие оставшейся части, догрузку угля, передвижку крепи и забойного конвейера - в другом. Т.о. для выполнения цикла комбайн также должен вернуться в исходное положение.

Приведен примерный график организации работ (планограмма работ и график выходов рабочих) в лаве, оборудованной узкозахватным комбайном, требующим устройство ниши в нижней части лавы, работающем по односторонней схеме с зачисткой лавы, механизированной крепью и безразборным изгибающимся конвейером.

Работы в забое организованы в четыре шестичасовые смены - три добычные и одна - ремонтно-подготовительная, при условии выполнения четырех циклов в сутки.

Количество циклов, выполняемых в лаве может быть определено двояко - соотношением объема запланированной добычи и объема угля, получаемого с одного цикла или соотношением продолжительности рабочей смены и длительностью одного цикла.

Длительность цикла зависит от многих факторов и может быть определена по формуле:

Ту = tв + tпк+ tо+ tр+ tтп; мин (челноковая схема)

Ту =tв+ tпод+ tпер+ tк+ tо+ tр+tтп (односторонняя схема)

tв- продолжительность процесса выемки, зависящая от длины лавы, скорости подачи комбайна и т.д.

tпк - продолжительность подготовки комбайна и лавы к выемке следующей полосы угля,

tо - продолжительность отдыха (до 12% от длительности смены),

tр - резерв времени на предвиденные работы (до 15% от суммы времени работы комбайна по выемке и подготовки его к следующей полосы),

tтп - продолжительность технологических перерывов (взрывание работы в нишах, время на обмен вагонеток),

tпод - время подготовки комбайна к перегону для механической зачистки,

tпер - время перегона комбайна с зачисткой угля, зависящее от длины лавы и скорости подачи комбайна,

tк - время передвижки конвейера к забою (все в минутах).

По данным Карагандинского бассейна структура времени в забое распределяется следующим образом: подготовительно заключительные операции - около 3%, производственная работа комбайна - не более 29%, вспомогательные операции - 20%, технологические перерывы - 10-12%, регламентированный отдых - до 3%, потери времени -33%.

Из общего объема потерь времени на потери, связанные с работой внутришахтного транспорта -24-25%, с машинами и механизмами - 38%, по горно-геологическим условиям - 12%, по организационным причинам- 15%, прочие простои (отсутствие электроэнергии и т.д.) - 10%.

Размер очистного забоя (длина лавы, ширина камер) зависит от очень многих факторов. Геологические условия (расстояние между нарушениями, изменение угла падения и падения и мощности пласта и т. д.) могут ограничивать длину лавы.

Длина лавы ограничивается также типом выемочной машины, конструктивными особенностями конвейера, условиями вентиляции, организационно-техническими факторами. Длина лавы влияет на объем подготовительных работ на 1000т. добычи, стоимость поддержания, обслуживающих лаву выработок, удельный вес выемки ниш, монтажно-демонтажные работы.

С учетом условно - постоянных и переменных факторов длину лавы можно определить по специальным формулам.

Нагрузка на забой зависит от производительности выемочной машины, производительности доставочных средств условий вентиляции.

В график организации труда входит также, таблица технико-экономических показателей (ТЭП), в которой должны быть приведены основные геологические условия работы очистного забоя - мощность пласта, угол его падения, плотность угля, газообильность участка; технологические данные - способ выемки угля, способ крепления забоя, ширина захвата выемочной машины; расчетные экономические показатели - длина лавы, количество циклов в сутки, добыча угля с одного цикла, суточная добыча угля в лаве, количество выходов рабочих, производительность труда рабочего на выход, себестоимость 1-ой тонны угля.

При необходимости в таблицу ТЭП вносят и другие сведения: сопротивляемость угля резанию, водообильность пласта, шаг передвижки крепи, расход лесных и других материалов и т. д.

На каждый очистной забой составляется специальный документ - паспорт крепления и управления кровлей, состоящий из чертежей и пояснительной записки. В записке приводятся геологические условия работы участка, обоснование выбора средств механизации производственных процессов, производятся и необходимые расчеты. На чертеже должно быть приведено: схема лавы с прилегающими выработками, схема вентиляции забоя, схема транспорта полезного ископаемого, паспорт крепления забоя, (при необходимости в нескольких вариантах - при движении комбайна в разных направлениях, на концевых участках, в местах геологических нарушений) с 2 - 4 наиболее характерными разрезами, структурная колонка пласта, таблица применяемого оборудования, планограмма работ, график выходов рабочих, таблица ТЭП.

После утверждения паспорта главным инженером шахты с ним знакомятся все работающие на участке.



Подземный транспорт

Подземный (внутришахтный, рудничный) транспорт - транспортная служба шахты (рудника), предназначенная для перевозки по подземным горным выработкам и на поверхности (в пределах территории шахты) полезного ископаемого, породы и других различных грузов (крепежных, взрывчатых, закладочных материалов, машин, механизмов, оборудования), а также людей.

Подземный транспорт угольной шахты - сложная разветвленная система, условно делящаяся на:

д о с т а в к у - транспортирование полезного ископаемого, оборудования и т. д. вдоль очистного забоя;

о т к а т к у (собственно подземный транспорт) - транспортирование всех грузов, порожних составов, перевозка людей по подземным выработкам, соединяющих отдельные рабочие участки со стволами;

п о д ъ е м - транспортирование грузов и людей по наклонным или вертикальным выработкам, соединяющим подземные выработки с поверхностью;

Транспорт на поверхности

Транспорт, применяемый для транспортирования угля от очистного забоя называется основным транспортом, остальной - вспомогательным.

Совокупность транспортных средств, расположенных в пределах выемочного участка, этажа или панели (кроме транспорта в лаве) называется участковым транспортом.

Совокупность транспортных средств, расположенных в главных горизонтальных и капитальных наклонных выработках, по которым транспортируются все виды грузов до околоствольного двора или до поверхности (по наклонным стволам) называется магистральным транспортом.

Основными видами транспорта в подземных условиях является локомотивный, конвейерный, самоходный, канатный, гидравлический, монорельсовый пневматический.

Л о к о м о т и в н ы й транспорт служит для перевозки основных и вспомогательным грузопотоков, людей и производства маневровых работ по выработкам с уклоном до 0.005.

Преимущества - универсальность, неограниченная производительность, зависящая от количества локомотивов, экономичность, возможность раздельного и безперегрузочного транспортирования по разветвленной трассе на неограниченные расстояния.

Недостатки - зависимость производительности от организации работ, ограниченность применения из-за угла падения (наклона выработки), необходимость создания аккумуляторного хозяйства.

Различают легкие электровозы - до 5 т, средние - 5 - 10 и тяжелые -свыше 10 т.

Наибольшее распространение получили аккумуляторные и контактные электровозы.

На сверхкатегорных шахтах и шахтах опасных по внезапным выбросам применяются гировозы - приводятся в движение энергией вращающегося маховика, имеют очень низкий КПД.

Дизелевозы - более автономны, не нуждаются в электроконтактной сети аккумуляторном хозяйстве, выгодны при больших расстояниях - более 2 км, но загрязняют воздух выхлопными газами.

Транспортировка п. и.; породы и др. сыпучих материалов производят в рудничных вагонетках: с глухим кузовом, разгружающимся в опрокидах и вагонетках с откидным днищем /донной разгрузкой/. Наибольшее распространение получили вагонетки емкостью I и 3 тонны. Перевозка машин, оборудования, длинномерных материалов осуществляется на специальных платформах

К о н в е й е р н ы й т р а н с п о р т - наиболее прогрессивный и эффективный вид подземного транспорта. Основные его преимущества - высокая производительность и надежность работы, способность транспортирования грузов как по горизонтальной, так и по наклонной выработке, легко поддается автоматизации, низкая трудоемкость обслуживания, низкий травматизм. Недостатки - необходимость второй транспортной системы для вспомогательных грузов, оборудования, людей транспортирование только в одном направлении. высокие капитальные затраты и эксплуатационные расходы, измельчение транспортируемого угля, особенно в местах перегрузки.

По месту установки различают: забойные конвейеры /в очистных забоях/, штрековые, бремсберговые и уклонные.

По времени работы на одном месте - стационарные, полустационарные, передвижные.

По типу тягового органа /или отсутствия его/ - ленточные, скребковые, пластинчатые, вибрационные.

Л e н т о ч н ые конвейеры имеют ширину ленты 800 - 10ОО мм /участковые/ и 1000- 1200 мм - стационарные магистральные. Работают на подъем до 18°, вниз - до 15°. Производительность их составляет 75 - 4500 м³/час. Основные достоинства - высокая производительность, малый расход энергии, небольшой вес, возможность транспортирования угля, породы руды и др. материалов. Недостатки - сложность переноски, наращивания и укорачивания ленты, значительный износ дорогостоящей ленты, необходимость прямолинейности выработки, ограничения по углу наклона конвейера.

С к р е б к о в ы е конвейеры используются для доставки угля на расстояние до 300 м по горизонтали и вниз под углом до 25° /иногда на более короткие расстояния вверх/.

В угольных шахтах преимущественно устанавливаются в очистных забоях, просеках и печах. Производительность их составляет 3О - 500 т/час.

Скорость движения цепи - до 1м/с.

Пластинчатые конвейеры получили небольшое распространение. Их достоинства - возможность установки в криволинейных выработках, пригодность для транспортирования угля, породы, руды, небольшое измельчение груза, малый расход энергии, прочность и долговечность конструкции. Недостатки - сложность конструкции, высокая металлоемкость и стоимость.

При канатной откатке груз перемещается в вагонетках /или скипах/, передвигающихся по рельсам с помощью канатов и лебедок. Получила небольшое распространение в наклонных выработках и как основной и как вспомогательный вид транспорта. Различают 2 основных вида канатной откатки: с концевым канатом и с бесконечным канатом. Недостаток концевой откатки - низкая производительность, особенно при большой длине транспортирования. Недостаток бесконечной откатки - высокая трудоемкость обслуживания, так как большинство вспомогательных операций производится вручную.

Канатный транспорт часто используется для перевозки людей - канатные дороги кресельного типа.

Для доставки вспомогательных грузов - крепежных изделий, рельсов, труб, оборудования - широкое распространение получили подвесные монорельсовые и моноканатные дороги.

Шахтный подъем предназначен для выдачи на поверхность добытого п.и. /главные подъемные установки/, спуска-подъема людей материалов, оборудования, выдачи породы /вспомогательные подъемные установки/.

В наклонных стволах /до 18°/ для выдачи п.и. применяются ленточные конвейеры, для вспомогательного транспорта - канатная откатка; в вертикальных стволах - для п.и. - скипы, для вспомогательного - клети. Емкость скипов доходит до 30 т, клети обычно рассчитываются на 3 -тонную вагонетку.

Технологические схемы транспорта разделяются на бесступенчатую и ступенчатую. Бесступенчатая - такая схема, которая обеспечивает осуществление направлением /потоком/ грузопотока от погрузочного пункта лавы до околоствольного двора без смены транспортного оборудования или перецепки сосудов. Если на пути от забоя до околоствольного двора происходит одна или несколько смен видов транспорта или перецепка сосудов, то схема называется одно- или многоступенчатая.

Простои очистных забоев по вине внутришахтного транспорта иногда доходят до 15% общих простоев. Таким образом, от надежности работы транспорта в значительной мере зависит эффективность очистных работ.

Надёжность отдельных звеньев транспортной цепи достаточно высока - коэффициент готовности для различных транспортных средств колеблется от 0,7 /электровозы/ до 0,999 /ленточные конвейеры/. Однако, общая надежность всей транспортной системы резко снижается, особенно при многооперационном локомотивном транспорте. Наличие резервных электровозов не всегда может иметь положительное влияние. Наиболее радикальным средством повышения надежности является сплошная конвейеризация шахты. Кроме того, при больших грузопотоках хорошо зарекомендовали себя аккумулирующие ёмкости/бункеры/, как при конвейерных, так и при рельсовых системах

Околоствольные дворы шахт

Совокупность выработок, включая служебные камеры, участки квершлагов или штреков расположенных около шахтных стволов, предназначенных для обслуживания подземного хозяйства, называют о к о л о с т в о л ь н ы м д в о р о м.

Околоствольный двор является своего рода станцией, принимающей весь груз, подлежащий выдаче на поверхность, отправляющей от стволов шахты составы порожних вагонеток, материалы и оборудование к рабочим участкам.

По типу транспортных средств о.д. делятся на л о к о м о т и в н ы е /для вагонеток с глухим кузовом и с донной разгрузкой / и к о н в е и е р н ы е.

По схемам движения грузопотоков - к р у г о в ы е п е т л е в ы е, ч е л н о к о в ы е и т у п и к о в ы е.

По направлению поступления грузов - одно - и двухсторонние.

Наибольшее распространение на угольных шахтах СНГ получили круговые и петлевые о.д. локомотивные для вагонеток с глухим кузовом, в проектах новых шахт - с донной разгрузкой. Донная разгрузка позволяет увеличить пропускную способность двора с 4 до 10 тыс. т/сутки, объединить угольные и породные ветви.

В О.Д. предусматривается сооружение специальных камер:

Насосная камера - II, расположенная в непосредственной близости от ствола /клетевого/, служат для установки насосных агрегатов главного водоотлива шахты. Пол насосной камеры должен быть не менее чем на 0,5 м выше уровня головки рельсов в главной откаточной выработке.

Водосборники -10 являются резервуарами для сбора шахтной воды и подачи ее через водозаборный колодец к насосам для последующей откачки на поверхность. Поскольку шахтная вода содержит большое количество минеральных частиц, водосборники выполняют также роль отстойника и их периодически приходится чистить.

Центральная электроподстанция - 12,служит для приема и распределения электроэнергии между подземными потребителями. Она, как правило, примыкает к насосной камере, от которой отделяются противопожарной дверью Пол в ней устраивается на уровне насосной.

Камера лебедки для чистки водосборника - 13,

Электровозное депо - 16 является местом стоянки, осмотра и ремонта электровозов. При гараже оборудуется преобразовательная подстанция для питания контактной сети шли зарядки батарей. Обычно располагается параллельно откаточной выработке 8 и соединяется с нею двумя заездами.

Камера ожидания - 14 служит для размещения рабочих, ожидающих выезд из шахты. Располагается у клетевого ствола 2.

Депо противопожарного поезда сооружается в специальной выработке о.д. В нем размещается противопожарный поезд и материалы для пожаротушения, инструмент и инвентарь /15/.

Кроме того, в О.Д. могут быть размещены камера диспетчера, медпункт инструментальная и т.п. камеры.

В отдельной выработке, на некотором удалении от основных камер, располагается подземный склад ВВ.

Склад ВВ и зарядная камера должны быть проветриваться обособленной струей воздуха во избегание заноса вредных газов в выработки шахты.

Объем околоствольных выработок зависит от производственной мощности, категорийности ее по газу, водопритоков и составляет обычно от 7 до 20 тыс. кв.м.

Рациональным считаемся такой около ствольный двор, который обеспечивает простоту маневров с груженными и порожними составам, с применением средств механизации, отсутствие встречных грузопотоков по одному и тому же пути, требует минимального персонала для его обслуживания.

Охрана, ремонт и поддержание горных выработок

Это комплекс технических мероприятий, направленных на сохранение выработок в эксплуатационном состоянии в течении требуемого периода. Различают бесцеликовую охрану горных выработок /наиболее прогрессивный перспективный метод/ и охрану выработок при помощи природных /угольных, сланцевых и т.д../ охранных целиков, оставляемых вдоль выработок, а также искусственными ограждениями - бутовых полос, деревянных костров или органных крепей, выкладываемых или установленных вдоль выработки. На современных шахтах основные средства охраны горных выработок - природные целики и бутовые полосы - около 90% длины всех охраняемых выработок.

Бесцеликовая выемка в основном применяется для охраны вспомогательных промежуточных, выемочных и т.п. выработок.

Однако, оставление охранных целиков увеличивает потери угля, увеличивает объем подготовительных работ /за счет удлинения сбоек, печей, просеков/,снижает безопасность работ. Бутовые полосы, деревянные костры, органные крепи из-за малой жесткости приводят к большим смещениям горных пород, к быстрому разрушению крепи выработки. Чтобы обеспечить безремонтное поддержание выработки применяются крепи с податливостью до 1000 мм, разгрузка массива скважинами, пробуренными по пласту в стенках выработки, искусственные полосы из твердеющих материалов или упрочение горных пород путем нагнетания в них вяжущих веществ.

Однако, все применяемые мероприятия не обеспечивают полной сохранности выработки и безопасности работ, т.к. не предотвращают деформацию и разрушение пород, особенно в зонах влияния очистных работ. Если площадь сечения выработки уменьшается до недопустимых размеров по ПБ, то производят расширение выработки с подрывкой пород, т.е. осуществляют ремонт выработки.

Комплекс мероприятий по креплению и ремонту выработки, а также по упрочению окружающих пород наз. поддержанием.

В зависимости от характера деформации крепи выработки и уменьшения ее поперечного сечения различают:

т е к у щ и й р е м о н т - устранение мелких неисправностей к крепи - замена отдельных рам или их элементов, заделка трещин и т.д.

с р е д н и й р е м о н т- замена крепи на отдельных, небольших участках выработки - частичное перекрепление, поддирка почвы без перестилки рельсовых путей.

к а п и т а л ь н ы й р е м о н т - полная замена крепи /перекрепление/ с увеличением поперечного сечения выработки до размеров, установленных паспортом крепления, на больших участках выработки а также подрывку почвы с перестилкой рельсовых путей.

в о с с т а н о в л е н и е выработок -- ликвидация завалов с уборкой обрушившейся породы.

Ремонтные работы обычно выполняются специальными подразделениями - ремонтно-восстановительными участками. Ремонт выемочных наработок, прилегающих к лаве выполняют рабочие очистных участков. Средняя трудоемкость работ по перекреплению выработок на угольных шахтах доходит до 15 человекочасов на 1 м выработки.

Стоимость поддержания выработок с большим сроком службы /стволы, капитальные квершлага и т.п./ нередко значительно превышает стоимость их проведения.

Технологический комплекс на поверхности шахты

Технологический комплекс на поверхности - комплекс зданий, сооружений и оборудования, предназначенных для подъема, приема, переработки и отправки потребителям п.и., приема и складирования породы, проветривания подземных выработок, обеспечения механической службы и бытового обслуживания трудящихся.

Технологический комплекс состоит из трех основных блоков: комплекса главного ствола, комплекса вспомогательного ствола, административно-бытового комбината, а также из отдельно стоящих зданий и сооружений, которые по своим технологическим особенностям и специальным требованиям не могут быть сблокированы. К нам относятся: вентиляторная установка, поверхностная электроподстанция, резервуары воды, эстакады, градирня, аварийный склад для временного хранения угля и др.

Блок главного /скипового/ ствола включает: копер, помещение технологического комплекса по приему угля и породы, пункт безбункерной погрузки угля в железнодорожные вагоны, погрузочную станцию /для породы/, котельную, помещение подъемных установок.

Блок вспомогательного /клетевого/ствола предназначен для спуска и подъема людей, спуска крепежных материалов, оборудования, откатки и обмета вагонеток в клетях на поверхности. В состав блока вспомогательного ствола помимо копра и здания технологического комплекса по обмену вагонеток включаются: помещения ремонтных мастерских, материального склада, склада металлической крепи, калориферная, а также здания подъемных машин. Для перехода рабочих из блока вспомогательного ствола в административно-бытовой комбинат имеется специальный тоннель или переходная галерея.

АБК включает в себя помещения по бытовому обслуживанию шахтеров, а также адмнистративно-конторские помещения. В состав блока входят: нарядная, шахтоуправление, АТС, ламповая, гардероб, баня, прачечная, здравпункт и др. подразделения.

Здание вентиляторной установки сооружают около скипового ствола и соединяют с последним с помощью специальных подземных каналов.

Здание калориферной установки, предназначенной для подогрева поступающего в шахту воздуха в зимнее время, располагается у воздухоподающих стволов шахты. При необходимости предусматривается отдельное здание холодильной установке для охлаждения воздушной струи.

Кроме того, предусматриваются бункера для временного хранения и последующей погрузки угля непосредственно в железнодорожные вагоны, а также специальные аварийные склады на случай длительных перебоев в подаче вагонов и задержек в вывозе п. и.

На большинстве шахт на поверхность выдается больше количество породы -- до 20 - 30 % от массы добытого угля, а на шахтах, разрабатывающих тонкие пласты и того больше. Эту породу размещают в оврагах, балках или в специальных отвалах.

На выбор схемы расположения технологического поверхностного комплекса шахты влияет следующие факторы: способ вскрытия/вертикальными, наклонными стволами или штольнями/, принятый вид шахтного подъема /скиповой, клетевой, конвейерный/, взаимное расположение стволов и подъемных сосудов, количество раздельно выдаваемых марок угля, мощность шахты и срок ее службы и многое другое.

Рудничная аэрология

Раздел горной науки, изучающий распределение газов и тепла в пределах месторождений полезных ископаемых, законы движения и управление движением воздуха, газов, тепла, пыли.

Состоит из следующих разделов:

а) шахтная атмосфера - изучает состав рудничного воздуха, вредные и взрывчатые примеси;

б) шахтная аэродинамика - занимается изучением аэродинами- ческого сопротивления горных выработок, их систем и распределение воздушных потоков в сети выработок, разрабатывает аэродинамические основы управления вентиляцией шахт;

в) шахтная газодинамика - рассматривает законы перемещения газообразных примесей воздушными потоками в выработках;

г) динамика шахтных аэрозолей - изучает законы перемещения твердых и жидких механических примесей во взвешенном состоянии воздушными потоками в выработках - в основном, к случаю перемещения шахтной пыли.

д) шахтная термодинамика - рассматривает процессы теплообмена между воздушными потоками в горных выработках, окружающими массивами горных пород и источниками тепла.

Шахтная атмосфера

Атмосферный воздух на поверхности земли в среднем состоит: азот - 78,08%, кислород - 20,95%, аргон - 0,93%, углекислый газ - 0,03%, следов озона, неона и др. газов, твердых частиц - пыли, водяных паров.

При поступлении в подземные горные выработки состав воздуха меняется - уменьшается содержание кислорода, резко - в десятки раз увеличивается содержание углекислого газа, примешиваются газы, которые в свободном состоянии на поверхности земли отсутствуют, пыль, меняется влажность, температура, плотность. Эта смесь газов и паров, заполняющая горные выработки называется рудничным воздухом. Если рудничный воздух по - своему составу совсем или почти отличается от атмосферного, то он называется свежим, в противном случае - загрязненным.

Основные составные части и примеси рудничного воздуха

АЗОТ - N - газ, без цвета, запаха и вкуса. Объемный вес по воздуху, - г - 1,05, не горит, не поддерживает горения. Не ядовит, но вызывает “кессонную болезнь”. Очень опасны окислы азота (см. ниже). По ПБ содержание азота в рудничной атмосфере не лимитируется.

КИСЛОРОД - О2 - газ, без цвета, запаха и вкуса г = 1,1. Поддерживает дыхание и горение, необходим для жизни. По ПБ содержание кислорода должно быть не менее 20%. Уже при 18% наблюдается сердцебиение, частота дыхания удваивается, падает работоспособность.

УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ - СО2 - бесцветный газ, со слабокислым запахом и вкусом г = 1,6. Слабоядовит, смертельное отравление наступает при 20%. При 10% гаснет пламя открытого огня. Содержится в угле, вмещающих породах, выделяется в свободном состоянии и в результате окисления. По ПБ содержание СО2 в выработках, где могут находиться люди должно быть не более 0,5%.

МЕТАН - СН4 - газ, без цвета, запаха и вкуса, г = 0,554. Горит синеватым пламенем, при содержании в воздухе от 5 до 15 - 16% взрывается, наибольшая сила взрыва при 9,5 %. Не ядовит, но вытесняя кислород, затрудняет дыхание. Находится в пластах угля в свободном и связанном состоянии, образуется в результате подземных пожаров, горение ВВ, гниения органических веществ. Различают три вида выделения метана - свободное (постоянное выделение из пластов и окружающих пород), суфлярное - быстрое выделение из заполненных газом полостей под большим давлением в виде струй с сильным шумом и внезапное - в выработку за несколько секунд выбрасываются миллионы м³ газа.

Различают природную, потенциальную, остаточную газоносность пород, т.е. - какое количество газа (метана) содержится в единице объема или веса горной породы, а также абсолютную и относительную газообильность.

Относительная газообильность - qот - количество газа, выделившегося в выработку в единицу времени, отнесенное к добыче полезного ископаемого за тот же период (м³/т, м³/м³).

По относительной газообильности (по метану и углекислому газу) угольные шахты делятся на следующие категории:

первая - выделение газа от 0 до 5 м³/т,

вторая - 5 - 10,

третья - 10 - 15,

сверхкатегорные - свыше 15 м³/т, а также шахты, опасные по суфлярным выделениям;

опасные по внезапным выбросам угля и газа.

Наиболее эффективные меры борьбы с метаном - деятельное проветривание выработок и дегазация, т.е. процесс удаления газа из пластов или вмещающих пород (естественное - за счет свободного истечения метана в подготовительные выработки и искусственная - при помощи скважин, пробуренных по пласту, извлечения газа из выработанного пространства, гидрорасчленения пласта и т.д.

Нормы содержаний СН4 по ПБ - на поступающий в забой струе - 0,5, на исходящей струе шахты - 0,75, на исходящей струе участка - 1,0, местные скопления допускаются до 2,0%. При содержании метана 2,0 и более процентов люди должны выводиться из забоев. Взрывные работы должны быть прекращены при содержании СН4 более 1,0%.

Ядовитые примеси рудничного воздуха

УГАРНЫЙ ГАЗ (окись углерода) - СО. Газ без цвета, запаха и вкуса, г = 0,97. Горит и при содержании в воздухе 12 - 74 % взрывается. Источники образования - рудничные пожары, неполное сгорание ВВ и топлива, взрывы угольной пыли и метана, окисление угля.

Весьма ядовит. Гемоглобин крови в 200 - 300 раз быстрее соединяется с СО, чем с кислородом. Для полного отравления организма достаточно 300 см³ газа. Предельное содержание по ПБ - 0,0017%, эпизодическое - 0,01%, кратковременное - 0,02%,смертельное - 0,4 %.

СЕРОВОДОРОД - Н2S - бесцветный газ, сладковатого вкуса с резким запахом тухлых яиц, г = 1,2. Горит, при содержании от 12% до 75% взрывается. Хорошо растворим в воде. Источники образования - продукты сгорания ВВ, гниение органических веществ, разложение колчедана, выделение из минеральных источников.

Весьма ядовит, раздражающе действует на слизистые оболочки глаз, дыхательных путей и на нервную систему. Смертельное содержание - 0,1% предельное содержание по ПБ - 0,00071%.

СЕРНИСТЫЙ ГАЗ (глазоедка) - SO2 - бесцветный газ с острым запахом и кислым вкусом г = 2,2. Очень хорошо растворим в воде - основная мера борьбы - обильное орошение в местах образования. Источники образования - сгорание ВВ, взрывы колчедановой и серной пыли. Растворяясь в воде, образует сернистую кислоту, разъедающую ткани (кожу, легкие, слизистые оболочки). Смертельное содержание - 0,05%. Предельное содержание по ПБ - 0,00038%. ОКИСЛЫ АЗОТА - N2O, NO, NO2, N2O3.

Газ бурого цвета, с острым запахом и вкусом г =1,6. образуется при взрывных работах.

Весьма ядовит. Раздражающе действует на слизистые оболочки. Предельное содержание по ПБ - 0,00026%.

Кроме этих газов в рудничной атмосфере могут присутствовать:

ВОДОРОД - Н - выделяется в больших количествах при зарядке аккумуляторных батарей. Обладает большой взрывчатостью. Содержание водорода по ПБ - 0,5%.

КОМПРЕССОРНЫЕ ГАЗЫ - разложение минерального масла при высокой температуре.

ВЫХЛОПЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ.

РАДИОАКТИВНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ - при разработке урановых, ториевых, радоновых месторождений. Радиоактивные излучения, в отличие от ядовитых газов, опасны еще и тем, что обладают способностью накапливаться в организме.

Рудничная пыль

ПЫЛЬ - мелкие и мельчайшие частицы угля или породы, образующиеся при любых горных работах, витающие в воздухе (I и II классы) или осевшие на бока и почву выработки (III класс).

Рудниковая пыль представляет большую опасность для здоровья людей, забивая дыхательные пути и вызывая пневмокониозы - антракоз и силикоз, она может быть ядовитой (ртутная, мышьяковая т.д.). Кроме того, угольная пыль способна при содержании ее в воздухе от 10 до 600 г/м³ воспламеняться и взрываться.

По крупности пыль делится на 3 класса:

I класс - меньше 10 микрон в поперечнике - представляет особую опасность по взрывчатости из - за огромной поверхности соприкосновения с воздухом;

II класс - 10 - 75 микрон - наиболее опасна для здоровья людей.

III класс - более 75 микрон - представляет собой основную часть осевшей пыли.

Пыль первого и второго класса называется витающей или аэрозолем, пыль третьего класса - осевшей или аэрогелем.

Предельное содержание пыли в воздухе по ПБ - 1 мг/м³.

Меры борьбы с пылью:

I группа - предупреждение образования пыли - бурение шнуров с промывкой или пылеотсосом, орошение в местах интенсивного образования, предварительное увлажнение угля и пород.

II группа - борьба с образовавшейся пылью - уборка осевшей пыли, связывание пыли специальными смачивателями, побелка выработок.

III группа - предупреждение и локализация взрывов пыли - осланцевание выработок (добавление к угольной пыли инертной с целью повышения ее зольности - 60% в негазовых шахтах и 75% в газовых), установка сланцевых или водяных заслонов.

Широко применяются также индивидуальные средства защиты.

шахтный горный рудничный

Проветривание выработок

Движение воздуха по выработкам происходит за счет разности давлений в начальном и конечном пунктах. Эта разность давлений называется депрессией.

Депрессия определяется по формуле:

б · р · l

h = S³ * Q², мм вод. ст.

где б - коэффициент аэродинамического сопротивления выработки;

p - периметр выработки, м;

l - длина выработки, м;

S - площадь поперечного сечения выработки, м²;

Q - количество проходящего по выработке воздуха, м³/с.

Депрессия создается главными вентиляторами, работающими по нагнетательной (для негазовых шахт), всасывающей (для газовых) или комбинированной схемам и обычно составляет 200 - 400 мм водяного столба. Помимо искусственной депрессии существует также естественная тяга, возникающая за счет разности температур у входа и выхода воздушной струи. Она может доходить до 20 - 30 % от общей.

Величина S³ =R называется сопротивлением выработки и для каждой выработки является величиной постоянной. Сопротивление измеряется в мюргах.

Эквивалентным отверстием выработки - называется условное сечение в абсолютно тонкой стенке, через которое при разности делений по обе стороны стенки равной депрессии выработки (или шахты) проходит то же количество воздуха, что и по выработке (или шахте в целом).

Определяется по формуле A = vh, измеряется в м². Если меньше 1 м² - шахта считается труднопроветриваемой, от 1 до 2 м² - средней трудности и более 2 м² - легкопроветриваемой. Эти три величины полностью характеризуют вентиляционные параметры подземной горной выработки.

Вентиляционная сеть шахты - сложная система, насчитывающая более 500 ветвей, которые могут соединяться между собой последовательно (общая депрессия равна сумме депрессии отдельных выработок, общее сопротивление - сумме отдельных сопротивлений, количество воздуха, проходящего по каждой выработке одинаково), параллельно (депрессии всех ветвей соединения равны между собой, количество воздуха, проходящего по каждой ветви обратно пропорционально их сопротивлениям), диагонально и комбинированно.

Расчет количества воздуха, поступающего в шахту или отдельную выработку, определяется по трем факторам:

1. по количеству одновременно взрываемого ВВ

2. по газовыделению Асут. · Кн · q

Q = 864 · d, м³/с

где А - суточная добыча тонн,

К-коэффициент неравномерности газовыделения;

Кн = 1, 6 - 1,8

q - относительная газообильность, м³/т;

d - допустимая ПБ концентрация газа, %;

3. по количеству людей, одновременно находящихся в шахте, из расчета 6 м³/мин на каждого человека.

Распределение воздуха по выработкам обычно регулируется изменением их сопротивления - обшивкой стоечной крепи досками, применение гладкостенной крепи, увеличением или уменьшением площади поперечного сечения (установкой вентиляционных сооружений - перемычек, дверей, парусов).

Рудничная термодинамика изучает процессы теплообмена между воздушными притоками и горными породами. Основными критериями оценки термодинамических условий (климатических условий работы) являются влажность, температура и скорость движения воздуха.

Влажность воздуха в подземных условиях меняется от 15 (в соляных шахтах) до 90 - 95 и более % (в гидрошахтах).

Температура воздуха, поступающего в шахту, должна быть не менее 2⁰ С. Максимальная - не выше 26⁰ С. При температуре воздуха свыше 28⁰ производительность труда снижается на 30 - 40 %. При необходимости следует подогревать поступающий воздух (в зимнее время) при помощи калориферов или охлаждать его с помощью кондиционеров.

Максимально допустимая скорость движения воздуха по выработкам не должна превышать: в очистных забоях - 4 м/с, в скиповых стволах - 12 м/с, во всех остальных выработках (квершлагах, бремсбергах, уклонах, штреках) - 8 м/с.

Минимальная скорость движения воздушной струи, достаточная доля проветривания выработок должна быть: в очистных забоях - 0,25 м/с, в подготовительных - 0,15 м/с.

При проходке подготовительных выработок их проветривание осуществляется вентиляторами местного проветривания - осевыми или центробежными, которые устанавливаются на свежей струе.

Подготовка шахтного поля

Как указывалось ранее, размеры шахтного поля составляют от 2 до 20 км. В то же время, размеры очистного забоя редко превышают 150-200 м. В связи с этим, необходимо разделить шахтное поле на отдельные части - подготовить его к очистной выемке.

Подготовка шахтного поля - проведение горных выработок после вскрытия поля или его части, обеспечивающие возможность выполнения очистных работ.

Шахтное поле делится: по простиранию - на крылья, по падению - на уклонное и бремсберговое поля.

Крыло - часть шахтного поля, расположенная по одну сторону от стволов. Поле может быть одно- и двукрылым.

Бремсберговое поле (поле по восстанию) - часть шахтного поля расположенное выше подъемного горизонта.

Уклонное поле (поле по падению) - ниже подъемного горизонта.

Для удобства размещения очистных забоев шахтное поле делится на более мелкие части. При разработке угольных месторождений различают следующие способы подготовки шахтных полей:

Панельный - шахтное поле в пределах одного горизонта наклонной высотой 800-1200 м, делится на последовательно отрабатываемые участки - панели длиною по простиранию 800-3000 м. Каждая панель подготавливается при помощи главного транспортерного и вентиляционного штреков, а также панельных бремсбергов или уклонов с ходками, проводимых из главных штреков посередине панели или на ее флангах. Панели в свою очередь делятся на последовательно отрабатываемые ярусы наклонной высотой 120-250 м, подготавливаемые путем проведения из панельных бремсбергов (уклонов) ярусных транспортерных и вентиляционных штреков, по пласту угля.

Применяется при разработке пологих пластов угля с целью применения в бремсбергах и уклонах ленточных конвейеров; при сравнительно невысокой газообильности пластов, на шахтных полях больших(8-12 км) размеров.

Достоинства - возможность сплошной конвейеризации шахты, высокий уровень концентрации очистных работ за счет одновременной разработки нескольких панелей и нескольких ярусов в одной панели.

Недостатки - усложнение схемы планирования выработок, сложность проветривания, большой объем проведения наклонных выработок - бремсбергов и уклонов с ходками.

Погоризонтный - применение этого способа обуславливается особенностями разработки пластов длинными столбами с подвиганием лав по падению - восстанию. При этом способе подготовки шахтного поля в пределах горизонта наклонной высотой 800-1200 м делится на последовательно отрабатываемые выемочные столбы шириной 120-250 м, вытянутые по падению. Столбы подготавливаются при помощи транспортерных и вентиляционных бремсбергов или уклонов.

Наибольшее распространение способ получил при разработке пологих пластов в Донецком, Карагандинском, Печорском бассейнах.

Область применения - мощность пластов до 2 м (при большей мощности увеличивается отжим угля и повышается опасность работ в забое) при углах падения до 12⁰.

Преимущества - малый удельный объем проведения подготовительных выработок, возможность сохранения постоянной длины лавы.

Недостатки - трудность осуществления вспомогательного транспорта по длинным наклонным выработкам, невозможность достижения высокой концентрации горных работ на каждом крыле шахтного поля должно быть, как правило, по одному очистному забою.

При этажном способе подготовки шахтное поле в пределах горизонта делится на последовательно отрабатываемые полосы этажи наклонной высотой 100 м и более м, подготавливаемые при помощи этажных транспортерных и вентиляционных штреков, проводимых из этажных квершлагов или капитального бремсберга (уклона).

Этаж по простиранию может делиться на выемочные поля, а по падению - на подэтажи.

Этажный способ наиболее характерен для наклонных и крутых пластов где он является единственно возможным. В ряде случаев его применяют при разработке пологих пластов на шахтах Донецкого, Карагандинского и Кузнецкого бассейнов с небольшими (3-4 км по простиранию) размерами шахтного поля.

Достоинства - простота схемы планирования выработок.

Недостатки - трудность обеспечения высокой концентрации и повышенные эксплутационные расходы на проведение и поддержание выработок.

При очень больших (более 15 км) размерах поля применяется блоковый способ, при котором поле делится на отдельные блоки. В каждом блоке проводятся самостоятельные стволы. Отдельные блоки могут подготавливаться по любому из трех вышеперечисленных способов.

Нередки случаи, когда один и тот же пласт отрабатывается с применением различных способов подготовки. При изменении горно-геологических условий возможны комбинации способов подготовки.

Вскрытие пластовых месторождений

Вскрытием называется проведение капитальных горных выработок (стволов, штолен), открывающих доступ с поверхности к месторождению полезного ископаемого и обеспечивающих проведение подготовительных выработок.

Рациональный способ вскрытия должен обеспечивать максимальную безопасность условий труда, максимальное извлечение полезного ископаемого из недр (минимальные потери), возможность применения современной технологии и техники, деятельное проветривание шахты, оптимальные технико-экономические показатели, возможность дальнейшей реконструкции (модернизации) шахты.

На выбор способа вскрытия влияют угол падения пласта, количество вскрываемых пластов, глубина их расположения, расстояние между пластами, свойства пласта и боковых пород, водообильность и газообильность месторождения, ландшафт поверхности, современное состояние горно-проходческой техники.

Существующие способы вскрытия можно классифицировать по следующим признакам:

А) количеству подъемных горизонтов (одно, двух и многогоризонтные);

Б) количеству вскрываемых пластов (единичный пласт или свита);

В) углу падения пластов (пологие, наклонные, крутые);

Г) типу главной вскрывающей выработки (вертикальными стволами, наклонными стволами, штольнями и комбинированные);

Д) типу вспомогательной вскрывающей выработки (квершлагами, гезенками, слепыми стволами);

Е) дополнительным условиям.

Таким образом, полное название какого-либо способа вскрытия должно звучать примерно так: Одногоризонтное вскрытие свиты пологих пластов вертикальными стволами и капитальным квершлагом с самостоятельными бремсбергами и уклонами по каждому пласту.

Вскрытие штольнями

Применяется в гористой или сильно всхолмленной местности. Отличается простотой поверхностных сооружений, простотой околоствольного двора, простой схемы транспорта.

Недостатки - ограниченность применения по условиям рельефа местности.

Могут быть: без вспомогательных вскрывающих выработок(рис. А,Е) и со вспомогательными вскрывающими выработками - слепыми стволами (Б,В), гезенками (Г), этажными квершлагами (Д).

Вскрытие наклонными стволами

Применяется при углах падения пластов не более 18⁰ (предел работы ленточных конвейеров) и, как правило, при небольшой мощности насосов. С поверхности по нижнему пласту (реже по породам почвы нижнего пласта) проводится три наклонных ствола - подъемный, вспомогательный и вентиляционный - до отметки первого этажа. По мере отработки этажа производится углубка стволов до 2, 3, и т.д. этажей.

Достоинства - простота поверхностных сооружений - не нужны копры и т.п., простота околоствольных дворов, однотипность транспорта угля, дополнительная разведка пласта, не пересекаются водоносные горизонты.

Недостатки - ограниченность применения по углу падения, большая длина наклонных стволов, большие потери угля в околоствольных целиках.

Верхние пласты свиты могут вскрываться этажными квершлагами (рис. 14 В и Г) или этажными гезенками (рис. 14 А и Б).

Вскрытие вертикальными стволами

Может применяться в любых горно-геологических условиях. Существуют три основных способа вскрытия вертикальными стволами:

Одногоризонтное с капитальным квершлагом (15 А)

Многогоризонтное с погоризонтными квершлагами (15 В)

Многоризонтное с этажными квершлагами (15 Г и Д)

При малых углах падения (не менее 10⁰) более целесообразно применение капитального, погоризонтного или этажных гезенков.

Преимущества одногоризонтных способов вскрытия: отсутствие большого объема работ по вскрытию оставшейся части поля в период эксплуатации шахты, наличие всего одного околоствольного двора, небольшая длина вспомогательной вскрывающей выработки - квершлага.

Недостатки - большой объем проведения капитальных наклонных выработок - бремсбергов и уклонов, сложность, а иногда, и невозможность модернизации предприятия, большая первоначальная глубина ствола, т.е. большой срок и большая стоимость строительства шахты.

У многоризонтных способов достоинства и недостатки противоположны перечисленным.

Примечание - вскрытие штольнями относится к одногоризонтным, вскрытие наклонными стволами - к многоризонтным способам.

Кроме того, широко применяются комбинированные способы вскрытия - комбинации главных вскрывающих выработок - штольни и наклонные стволы, штольни и вертикальные стволы, наклонные и вертикальные стволы - наиболее распространенный способ, при котором проводится только один наклонный ствол небольшого сечения для выдачи полезного ископаемого и вспомогательный вертикальный ствол - для всех остальных функций.

Возможны комбинации капитального и этажного квершлагов при вскрытии групп сближенных пластов с целью уменьшения количества капитальных бремсбергов и уклонов. В случае, показанном на рис. 15 Б бремсберги и уклоны проводятся только по пластам Р₁ и Р₄, а пласты Р₂, Р₃ вскрываются этажными квершлагами.

Выбор рационального способа вскрытия может производится методом экспертных оценок, методом аналогии, математическим моделированием и многими другими способами. Наибольшее распространение получил метод сравнения вариантов, при котором намечается несколько технически возможных, конкурентно способных вариантов и производится их технико-экономическое сравнение по капитальным (первоначальным и будущих лет) затратам и эксплуатационным расходам на транспорт, ремонт и поддержание выработок, водоотлив, вентиляцию и т.д., по срокам окупаемости капитальных затрат, срокам строительства шахты. Если варианты отличаются друг от друга по экономическим затратам, не более, чем на 5-10 %, то они считаются равноценными.



Литература

1. Косков Г.И. Новые материалы и конструкции крепи горных выработок. М., Недра, 2007.

2. Мельников Н.И. Анкерная крепь. М., Недра, 2000.

3. Механизация взрывных работ/М.Ф. Друкованный, Э.И. Ефремов, Н.М. Бондаренко и др. Под общ. ред. М.Ф. Друкованного. М., Недра, 2004.'

4. Панаева Г.Г., Нанаев А. И. Горные машины и комплексы для добычи руд. М., Недра, 2002.

5. Носков В.Ф., Комащенко В.Я., Жабин Н.И. Буровзрывные работы на открытых и подземных разработках. М., Недра, 1982.

6. Нормативный справочных по буровзрывным работам/Ф.А. Авдеев Н.В. Гуров, В.X. Кантор. М., Недра, 2006.

7. Нурок Г.А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ. М., Недра, 2005.

8. Умнов А.Е. Охрана труда и противопожарная защита в горнорудной промышленности. М., Недра, 1985.

9. Харев А.А. Рудничная вентиляция и борьба с подземными пожарами М., Недра, 2005.

Размещено на Allbest.ru