Механизированная выемка угля длинными очистными забоями

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).

Рисунок 19.3 - Схема очистного забоя, обору-дованного агрегатом ЩРПМ: а - общий вид в плоскости пласта; б - поперечный разрез щита со скреперной установкой

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 (h_сн, h_сг и h_n) 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.).