1.3. Основные принципы совершенствования технологии производственных процессов в угольных шахтах

Совершенствование технологии производственных процессов в уголь­ных шахтах на современном этапе развития характеризуется следу­ющими принципами:

интенсификацией и концентрацией горных работ;

сокращением числа операций;

обеспечением ритмичности и поточности выполнения отдельных технологических процессов и в работе всего горного предприя­тия — шахты;

повышением безопасности работ;

повышением экономичности технологического комплекса.

Под интенсификацией горных работ пони­мается комплекс технических и организационных мероприятий, направленных на повышение добычи в единицу времени (сутки, месяц, год) из одного очистного забоя, выемочного поля, панели, крыла или пласта в шахтном поле.

Интенсивность очистных работ определяется выражением

(1.1)

где Аш— производственная мощность шахты в единицу времени, т; L3 — среднедействующая длина линии очистных забоев в тот же

отрезок времени, м. Интенсивность транспортных работ составляет

(1.2)

где L0 в—среднединамическая длина откаточных выработок.

Таким образом, интенсивность очистных работ можно повысить за счет увеличения добычи при постоянной длине линии очистных забоев, а интенсивность транспортных работ — за счет увеличения добычи при постоянной длине откаточных выработок.

Концентрация горных работ — это сосредоточе­ние добычи полезного ископаемого на отдельных предприятиях или в их звеньях во времени (уменьшение числа добычных смен и часов работы) и в пространстве (уменьшение числа производственных единиц — выемочных участков, очистных забоев и др.).

Основным методом концентрации горных работ в угольной про­мышленности является сосредоточение их на более крупных шахтах, а также на ограниченном числе участков или забоев внутри шахты.

Концентрация характеризуется повышением нагрузки (добычи в единицу времени) на очистной забой, выемочное поле, пласт, , наклонную выработку.

Показателем пространственной концентрации горных работ мо­жет служить отношение

(1.3)

Между концентрацией и интенсивностью существует следующее соотношение. Повышение интенсивности разработки, т. е. увеличе­ние добычи в единицу времени, при прочих равных условиях приво­дит к повышению концентрации. Например, повышение концентра­ции работ в бремсберговом поле может быть достигнуто как интенси­фикацией работ (увеличением скорости подвигания очистного забоя), так и увеличением числа забоев. Следовательно, интенсификацию можно рассматривать как одно из средств достижения концентрации.

Интенсификация и концентрация горных работ могут быть достигнуты путем:

создания новой, более эффективной техники и технологии;

улучшения использования существующих горнодобывающих и горнотранспортных машин и механизмов;

уменьшения влияния горно-геологических факторов, ограничи­вающих возможности интенсификации и концентрации горных работ;

повышения надежности и долговечности существующих типов машин и механизмов;

совершенствования организации труда.

Современная технология горных работ должна основываться на технологических схемах с минимумом процессов и опе­раций.

Примером большого числа разнородных по своему характеру операций и процессов является технологическая схема добычи угля в длинных очистных забоях пологих пластов с применением широко­захватных комбайнов. В этом случае выполняются следующие основные процессы: выемка угля комбайном и его навалка на забой­ный конвейер; транспортирование угля вдоль забоя; крепление призабойного пространства; управление кровлей. В свою очередь, каждый из перечисленных процессов состоит из значительного числа операций. Например, выемка включает в себя следующие основные операции: заводку бара в нишу; собственно выемку при движении комбайна снизу вверх; вывод бара при окончании под­рубки лавы и подготовку комбайна к спуску по лаве на маневровой скорости; транспортирование комбайна вдоль лавы в исходное положение; замену зубков режущей цепи комбайна. Основные операции состоят из большого числа мелких операций. В этих усло­виях требуется значительное число разнородных машин, механизмов и инструментов.

Значительно меньше процессов и операций необходимо выпол­нять при технологической схеме очистных работ с применением

механизированных комплексов. В частности, в этом случае отпадает такой процесс, как управление кровлей.

Одним из непременных технологических требований для дости­жения высоких и устойчивых технико-экономических показателей является ритмичность горного производства. Ритмичность — это строгое соблюдение при выполнении производственных заданий заранее заданных режимов эксплуатации.

Значение ритмичности сильно возрастает в условиях интенсифи­кации и концентрации горного производства. Ритмичность является органической особенностью комплексно-механизированных и авто­матизированных систем. Нормальная работа современного крупного горного предприятия, насыщенного сложнейшими комплексами, агрегатами и автоматическими системами регулирования, немыслима без ритмичной их работы.

Переход на добычу угля механизированными комплексами непре­рывного действия обусловливает переход на поточную орга­низацию производства, характеризующуюся совмещен­ным во времени выполнением основных и вспомогательных процессов и операций.

Ритмичность и поточность являются непременными условиями осуществления комплексной механизации производства.

II. Технологические характеристики вмещающих пород и угольного пласта

11.1. Сдвижение массива при выемке угля

Очистные работы вызывают деформации пород кровли, которые проявляются в виде ее обрушений и разломов, образования трещин и опускания без разрыва сплошности. При больших размерах выра­ботанного пространства процесс сдвижения достигает поверхности. Вначале разрушаются породы непосредственно над пластом, а затем, с развитием выемки, происходит облом вышележащих слоев пород кровли.

В подработанной толще в направлении вверх от выработанного пространства можно выделить три зоны, характеризующиеся разной степенью нарушенности горных пород: обрушен и я,прогиба с нарушением сплошности слоев в виде трещин и плавного прогиба без нарушения сплош­ности слоев.

В зоне обрушения несвязное сдвижение отдельных кусков и бло­ков породы периодически повторяется по мере подвигания очистного забоя. При большой площади обнажения высота этой зоны составляет 2—4 мощности пласта. При управлении кровлей полной закладкой выработанного пространства зона обрушения может отсутствовать. Одновременно со сдвижением пород перераспределяются напряже­ния в массиве с образованием зон повышенного (опорного) давления и пониженного давления (разгрузки). Увеличение напряжений обусловлено зависанием слоев горных пород над выработкой и пере­дачей части веса зависающих пород на неподработанный массив.

Слои горных пород над и под очистной выработкой разгружаются от горного давления.

По характеру деформирования слоев горных пород и причинам, вызвавшим сдвижения, в подработанной толще можно выделить три характерные зоны (рис. II.1): / — полных сдвижений (р а з г р у з к и); На, 116 — наибольшего прогиба; Ufa н Il16 — сжатия пород (опорного давления).

Зона / ограничивается линиями, проведенными от границ выра­ботки под углами полных движений ^1 и 1|зг, однако вблизи отра­ботанного пласта контур этой зоны не доходит до границ выработки. В пределах этой области находится зона обрушения 4. На участке СОД после окончания сдвижения породы занимают положение, параллельное первоначальному.

Зоны опорного давления HIa и III6 распространяются от гра­ниц сдвижения подработанного массива Л Б и МЗ до линий ВТ и EK, проведенных через границы выработки. Между зонами полных сдвижений и опорного давления расположены зоны наибольшего прогиба пород Па и Нб.

В породах почвы пласта образуются зоны опорного давления IVa и IV6, разгрузки VI и неравномерных поднятий Va и V6.

В зонах опорного давления породы сжимаются (эпюры 1), а в зоне разгрузки расширяются (эпюры 2) в сторону выработки.

Внешняя огибающая перечисленных зон образует контур влия­ния горной выработки АЛБИЗМЖ. Часть массива в области влия-

Рис. II.1. Схема сдвижений массива пород при очистной выемке

ния очистной выработки, расположенная над пластом, называется подработанной, под пластом — надработанной. Соответственно этому различают, например, зоны разгрузки при подработке и при над-работке.