УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
ОЧИСТНЫЕ РАБОТЫ ПРИ ВЫЕМКЕ МОЩНЫХ
Лекция 19
Мощные угольные пласты по толщине охватывают широкий диапазон от 3,5 м и выше (до 20-30 м). Учитывая различные углы падения этих пластов, их выемка производится сразу на всю мощность или в определенной последовательности слоями, толщина которых определяется, исходя из технических возможностей выемочной машины (чаще угольного комбайна), механизированной крепи, и составляет не более 5,0 м.
Выемка мощных пологих пластов на всю мощность зависит от ее величины, осуществляется очистными механизированными комплексами в забоях, различных по высоте и форме (рис. 19.1).
Выемка крутых мощных (до 10 м) пластов на всю мощность осуществляется столбами по падению с применением различных конструкций безраспорных щитов, опирающихся на угольный забой. Размеры шита зависят от длины забоя и мощности пласта, а его конструкция - от угла падения пласта, изменчивости его мощности в направлении подвигания забоя, а также характера опускания щита (рис. 19.2).
Рисунок 19.1 - Формы очистных забоев (поперечные разрезы) при выемке
мощных пологих пластов сразу на всю мощность: а - наклонного, оборудованного механизированной крепью оградительно-поддерживающего типа УКП; б - почвоуступного, оборудованного сдвоенными по вертикали механизированными крепями оградительно-поддерживающего типа ОКП; в - потолкоуступного с выпуском угля подкровельной толщи, оборудованного крепью поддерживающе-оградителъного типа КМ-81В; г - опережающего и
отстающего прямолинейных, оборудованных соответственно крепями поддерживающего (М-87) и оградительно- поддерживающего типов (УКП)
Основными материалами, используемыми для щитов, являются бревна, стальные балки, стягивающие хомуты и листовое железо. Выемка угля при длине очистного забоя 40-50 м осуществляется буровзрывным способом заходками с ручной навалкой и транспортировкой отбитой массы самотеком по углеспускным печам, расположенным через 4-5 м. При этом просадка щита под собственным весом и весом обрушенных пород составляет 0,8-1,2 м. С целью сокращения потерь угля за счет уменьшения толщины оставляемых у висящего и лежащего боков пласта угольных пачек при выемке крутых мощных пластов из под щитов рекомендуется применять раздвижные их конструкции (см. рис. 19.2, в). Для обеспечения достаточной высоты подщитового рабочего пространства (очистного забоя) при выемке крутого пласта мощностью 3-4 м целесообразно применять арочные щиты (см. рис. 19.2, г).
Рисунок 19.2 - Принципиальные схемы очистных забоев (поперечные разрезы) при различных конструкциях щитов для выемки мощных крутонаклонных и крутых пластов: а и б- плоские секционные соответственно одинарный и
сдвоенный; в и г- гибкие (бессекционные) соответственно раздвижной (шатровый) и сводообразный (арочный); д и е - гибкие (бессекционные) соответственно на катках и опорных "башмаках": 1 - щит; 2 - траншея (рабочее пространство очистного забоя); 3 - углеспускные печь или скважина; 4 - каток; 5 - "башмак"; 6 - опора
С целью сокращения объема работ по бурению углеспускных скважин (проведение печей) и ручной навалки отбитого угля в забое разработана конструкция щитового агрегата типа ЩРПМ (рис. 19.3) для выемки мощного крутонаклонного пласта по падению с применением для доставки отбитого угля вдоль забоя скреперной установки. Щит агрегата гибкий (см. рис. 19.3), двухрядный состоит из бревен (1), рамы из стальных двутавровых балок, стягивающих хомутов (3), трехрядной мелкоячеистой сетки (4), опорных стоек (5) с основания (6) и подвесной скреперной установки (7).
|
Состав рабочих операций под одинарным плоским секционным щитом:
- контроль за состоянием угольного забоя;
- бурение в пределах 2-3 секций шпуров по углю со стороны висячего и лежачего боков пласта;
- заряжание, взрывание и проветривание забоя (одновременно со взрыванием происходит произвольная просадка щита, часть угля попадает в углеспускные печи);
- повторение вышеуказанных рабочих операций под остальными секциями щита;
- проведение по всей длине щита путем расширения под ним буровзрывным способом траншеи (канавы) с навалкой части отбитого угля в углеспускные печи;
- контроль за положением щита, возможных его отклонениях от заданной трассы опускания.
На рисунке 19.4 представлены схема основных фрагментов "Паспорта..." при щитовой выемке.
Рисунок 19.4- Схема размещения основных фрагментов графической части "Паспорта выемки угля и управления плоским секционным щитом при выемке крутого мощного пласта": а — схема забоя по его длине в плоскости пласта; б и в — положения щита соответственно после его просадки и расширения подщитового пространства (канавы); г и д-схемы бурения шпуров соответственно при проведении траншеи и обуривания угольного забоя в
опорных зонах щита
К основным недостаткам щитовой выемки следует отнести:
- трудности в управлении перемещением щита по заданной траектории;
- расклинивание щита при его просадки из-за отсутствия принудительного перемещения;
- большие (до 30%) эксплуатационные потери угля, в т.ч. и из-за оставления угольных пачек в висячем и лежачем боках;
- высокая трудоемкость работ за счет ручной навалки части отбитого угля в подшитовом пространстве и бурения по углю;
- забучивание отбитого угля в углеспускных печах (скважинах). Выемка более мощных пластов осуществляется отдельными слоями в
определенной последовательности с некоторым опережением очистных забоев. В зависимости от углов падения (а) пластов и их мощности (т) последние делятся на: наклонные, горизонтальные и поперечно-наклонные слои. Мощность соответствующих слоев (hсн, hсг и hn) по величине близка к условиям выемки пластов средней мощности (1,5-4,5 м) (рис. 19.5).
Рисунок 19.5 - Деление мощных пластов на слои: а - наклонные; б - горизонтальные; в — поперечно-наклонные: 1 -угольный пласт, разделенный на соответствующие слои; 2 и 3 - плоскости контакта пласта соответственно с кровлей и почвой; 4 - плоскость, ограничивающая слой; α0 _ угол наклона очистного забоя
Разделенный на слои мощный пласт представляет собой систему взаимно параллельных плоскостей, сориентированных в пространстве относительно плоскостей горизонтальной и пласта.
Пласт делится на наклонные слои по плоскостям напластования, горизонтальные, расположенные параллельно горизонтальной плоскости и удаленные на определенное расстояние друг от друга между кровлей и почвой. Поперечно-наклонные слои в отличие от горизонтальных располагаются под углом к лежачему боку пласта с наклоном к горизонту 30-35°.
Мощность слоя определяется горнотехническими условиями, технико-экономическими показателями и безопасностью работ. С увеличением мощности слоя сокращается объем подготовительных работ.
В пределах выемочного или части шахтного полей слои могут разрабатываться последовательно или одновременно с определенным опережением между очистными забоями отдельных слоев. Выемка слоев может осуществляться в нисходящем и восходящем порядках. При нисходящем порядке слои вынимаются последовательно сверху вниз. Вначале очистные работы ведутся в верхнем слое, затем с определенным отставанием в отработку включаются нижележащие слои. При восходящем порядке, выемка слоев производится в противоположном направлении с закладкой выработанного пространства.
Выемка мощного пласта слоями может осуществляться опережающим забоем под кровлей (монтажным слоем) с возведением в нем гибкого перекрытия и последующей выемкой под его защитой других слоев отстающими забоями с полной обработкой комбайном слоя по высоте или образованием подсечного слоя с выпуском угля межслоевой толщи (рис. 19.6).
Рисунок 19.6— Схемы (поперечные разрезы) выемки мощного пласта:
а - наклонными слоями с раздельной их выемкой забоями, оборудованными
комплексами КМ-81M в монтажном слое и OKTT- в двух отстающих; б –
двумя - КМ-81M в опережающем монтажном и КМ-81 В в отстающем
подсечном забоях
На рисунке 19.7 представлена принципиальная схема выемки мощного крутого пласта горизонтальными слоями с их подсечкой и обрушение потолочины под защитой гибкого перекрытия, первоначально возведенного в монтажном слое.
Рисунок 19.7 — Схема выемки мощного крутого пласта горизонтальными
слоями с подсечным слоем: 1 — мехкомплекс КТУ-ЗМ; 2 — гибкое перекрытие;
3 — потолочина (межслоевая толща); 4 — подсечной угольный слой
Выемка угля в подсечном слое производится механизированным ком-плексом КТУ-ЗМ, потолочина разрушается буровзрывным способом с после-дующим выпуском угля через окна в верхняках крепи или через образованный зазор между их консолями и забоем. Высота потолочины составляет 4-10 м.
На рисунке 19.8 представлен механизированный комплекс КТУ-ЗМ, где 1 - домкрат передвижки скребкового конвейера и секций крепи; 2 - основание секции крепи, 3 - рама, 4 - домкрат затвора люка 5, 6 - нераздвижные (две) стойки секции крепи, 7 - оградительный щит (перекрытие), 8 - выдвижной козырек, 9 - блок управления гидрокоммуникацией, 10 - угольный комбайн (захват 0,5 м), 11 - скребковый конвейер, 12 - гибкое перекрытие.
Гибкое перекрытие представляет собой сплетенную решетку из стальных полос сечением 3,5x5,0 мм с покрывающими ее слои панцирной сетки. Сущест-вуют в зависимости от конструкции гибкого перекрытия различные способы механизированной его настилки в комплексно-механизированных забоях.
Рисунок 19.8- Механизированный комплекс КТУ-ЗМ в поперечном разрезе
При выемке слоев в восходящем порядке выработанное пространство заполняется закладочным материалом, что создает дополнительный объем работ по управлению горным давлением. При этом снижается интенсивность его проявлений в очистном забое и прилегающих к нему подготовительных выработках, а также оседания подрабатываемого массива вплоть до земной поверхности.
Выемка мощного угольного пласта в очистном забое слоя, как правило, осуществляется лавами длиною 20-100 м, оборудованными комбайнами и механизированными крепями, предназначенными для пластов средней мощ-ности. При этом используется скребковые лавные конвейеры с секциями рештачного става повышенной ширины, оборудованные реечными направ-ляющими, которые обеспечивают бесцепную систему подачи комбайна.
Для поддержания кровли, исходя из ее устойчивости и обрушаемости, при выемки угля в монтажном слое применяются механизированные крепи поддерживающего или поддерживающе-оградительного типов, обеспечи-вающих рабочее пространство для возведения гибкого перекрытия (чаще КМ-81М). При выемке последующих слоев рационально использовать мехкрепи оградительно-поддерживающего типа различных модификаций ОКП илиУКЩсм. рис. 19.1).
На рисунке 19.9 представлены элементы графической части «Паспорта выемки подсечного слоя мощного пласта механизированным комплексом КМ-81В», где 1 - комбайн; 2 — секции механизированной крепи; 3 - струговая установка; 4 - механизированная крепь сопряжения 5 - призабойный конвейер; 6 - перегружатели на штреке; 7 - ограждение секций; 8 - наклонная гидростойка; 9 и 10 - домкраты передвижки соответственно призабойного конвейера и струговой установки; 11 - шибер с домкратом.
Рисунок 19.9 - Выемка подсечного слоя мощного пласта механизированным комплексом типа КМ-81В: а - схема лавы и ее концевых участков в плоскости пласта; б - поперечное сечение лавы
Состав и порядок выполнения работ в лаве, оборудованной механизированным комплексом КМ-81В (см. рис. 19.9):
- подготовительные операции;
- выемка угля комбайном;
- зарубка комбайна в пласт на новую выемочную полосу;
- подготовка комбайна к выемке новой полосы (замена зубков др.);
- передвижка призабойного скребкового конвейера на новую рабочую позицию;
- передвижка секций механизированной крепи на новую рабочую позицию;
- передвижка приводов скребкового конвейера лавы на конвейерном и вентиляционном ходках;
- передвижка крепей сопряжения на конвейерном и вентиляционном ходках;
- выпуск угля с подсечного слоя, его выемка и подгрузка струговой установкой;
- зачистка лавы;
- подготовка сопряжений лавы с конвейерным и вентиляционными ходками;
- заключительные операции.
Выпуск угля подкровельной толщи при возможности может быть совмещен с выемкой угля комбайном подсечного слоя. Выпуск, выемка и погрузка угля подкровельной (подсечной) толщи осуществляется путем последовательного поднятия на каждой секции шибера на 0,7-1,0 м и подачи струговой установки в противоположную от забоя сторону. Количественный состав звена 13-14 ГРОЗ при суточной нагрузке на лаву 1200-1400 т.
Технологические схемы выемки мощных угольных пластов весьма многообразны не только по способам и характеризующих их параметрам, но и составу рабочих операций. Для более детального их изучения и поиска направлений их совершенствования необходимо обратиться к обширной информации в изданиях стран, отрабатывающих мощные пласты (Российская Федерация, США, Китайская народная республика, Словакия и др.).