X. Технологические схемы очистных работ на крутых и наклонных пластах

Х.1. Общие положения

Выемка угля в очистных забоях крутых пластов производится с по­мощью отбойных молотков, буровзрывных работ, очистных комбай­нов с индивидуальной крепью, механизированных комплексов - и агрегатов.

В настоящее время разработано и разрабатывается большое число очистных комбайнов и механизированных крепей для крутых пластов. Большинство из них находится в стадии конструирования или промышленных испытаний. Серийно выпускаются комплексы для наклонных пластов КМ-87ДН, комплексы КГД и агрегат 1АЩ. Прошли промышленные испытания комплекс MKT и агрегаты 1АНЩ АК-3 и AMCK.

Сложность горно-геологических условий и их разнообразие затрудняет разработку и внедрение механизированных комплексов. Выпускаемые комплексы охватывают относительно небольшой диапа­зон условий. Поэтому в дальнейшем наряду с имеющимися комплек­сами будут рассмотрены также возможные направления в совершен­ствовании технологии очистных работ.

Как и на пологих пластах, технология добычи угля на крутых пластах в значительной мере зависит от их мощности. Крутые пласты разделяют по мощности на следующие группы: I—0,7—1,2м; П _ 1,2—1,8 м; III — 1,8-2,5 м; IV - 2,5-3,5 м; V - 3,5-4,5 м; VI - 4,5-6,5 м; VII — более 6,5 м.

Для пластов группы I (0,7—1,2 м) основными средствами ком­плексной механизации очистных работ являются комплексы, рабо­тающие по простиранию (MKT, КГД) или по падению (1АНЩ).

На пластах группы II (1,2—1,8 м) в настоящее время применяют арочные щиты и агрегаты типа 1АЩ, работающие по падению, а также буровзрывную выемку с деревянной крепью при отработке длинными столбами по простиранию.

Пласты группы III (1,8—2,5 м) отрабатывают в основном с при­менением арочных щитов или длинными столбами по простиранию с буровзрывной выемкой и установкой деревянной крепи.

Пласты мощностью 2,5—3,5 м, относящиеся к группе IV, отраба­тывают с применением эластичных щитов и буровзрывным способом с' установкой деревянной крепи.

Для пластов группы V (3,5—4,5 м) характерно применение эластичных и Г-образных щитов и буровзрывной выемки при раз­работке длинными столбами по простиранию, камерами и подэтаж-ными штреками.

Крутые пласты группы VI (4,5—6,5 м) разрабатывают в настоя­щее время с применением эластичных, секционных и Г-образных

щитов, а также буровзрывной выемки при системах разработки подэтажными штреками и камерами.

i Последняя группа пластов мощностью свыше 6,5 м в настоящее время отрабатывается с применением секционных и бессекционных щитов, комбинированного гибкого перекрытия и буровзрывной выемки при системах разработки подэтажными штреками и каме­рами. Выемка во всех случаях осуществляется буровзрывным спо­собом.

X.2. Схемы работы с применением индивидуальной крепи

В настоящее время на крутых пластах широкое распространение имеют технологические схемы очистных работ с индивидуальной крепью с выемкой угля комбайнами.

Для крутых пластов предназначены комбайны А-70, «Темп» и KT. Технологические схемы очистной выемки при работе этих ком­байнов практически одинаковы и предусматривают выполнение сле­дующих лроцессов и операций: выемку угля комбайном, спуск ком­байна, крепление забоя, управление кровлей, доставку лесомате­риалов в лаву и выполнение других вспомогательных операций.

Очистной забой имеет небольшой наклон (5—10°), чтобы ком­байн лучше прижимался к забою. Комбайн подвешивают на двух канатах, которые через блоки на кран-балке идут к лебедке, установ­ленной в вентиляционном штреке (см. рис. III.4). Управляют ком­байном с пульта, вынесенного на вентиляционный штрек.

Выемка угля производится^снизу вверх в лоб уступа полосами шириной 0,9—1,0м. После выемки полосры угля комбайн закре­пляют в верхнем положении, переносят кран-балку и затем спускают его в нижнюю часть лавы. Выемка угля комбайном осуществляется лишь на 2/3 длины лавы, а в остальной, потолкоуступной части применяют отбойные молотки. Отработку здесь ведут с опережением забоя лавы и таким образом создают магазинные уступы, которые служат также запасными выходами на откаточный штрек. Сочетание двух способов выемки угля в одном забое является серьезным недо­статком.

Если обеспечить бесперебойное транспортирование угля из лавы, можно применять технологию очистных работ без магазинных усту­пов с отработкой всего забоя комбайном. При такой технологии в про­цессе проведения откаточного штрека 1 над ним проводят (по углю) вентиляционную печь 2 высотой 2 м, которая используется в каче­стве ниши для заводки комбайна (рис. Х.1).

На спуск комбайна при хорошей организации работ затрачи­вается 1 ч. Производится он в следующей последовательности: устанавливают упорную кустовую крепь под комбайном и распорную стойку в вентиляционном штреке и закрепляют штрафной канат на комбайне и распорной стойке. Затем комбайн устанавливают на кустовую крепь и отсоединяют от него рабочий и предохранительный канат, переносят кран-балку, присоединяют к комбайну рабочий

и предохранительный канаты и выбивают упорную кустовую крепь. При спуске комбайна подтягивают воздухопроводный шланг и шланг

орошения. После заведе­ния комбайна в нишу в ней восстанавливают крепь.

В очистном забое в ос­новном применяется дере­вянная крепь. Крепление может осуществляться по двум схемам: по первой схеме оно производится после спуска комбайна или частично в период спуска, а по второй схеме совмещается с выемкой — крепь возводится впереди комбайна при выемке им следующей полосы. Для интенсификации работ по возведению крепи после выемки угля рабочее про­странство лавы по длине делят предохранитель­ными полками на отдель­ные участки. Это дает воз­можность возводить крепь одновременно по всей длине комбайновой части лавы. Применение узко­захватных комбайнов дало возможность осуществлять выемку угля без оставле­ния машинной дороги и значительно сократило площадь незакрепленной кровли.

Наиболее перспектив­ным способом управления кровлей является полное обрушение.

При работе с обрушением возможно применение посадочных стоек ОКУм или деревянной органной крепи. Стойки ОКУм могут применяться при залегании в кровле и почве прочных пород. Пере­двигают их по окончании каждого цикла в ремонтно-подготовитель-ную смену. Передвижение осуществляется снизу вверх с помощью лебедки, установленной в вентиляционном штреке.

Применение посадочных стоек типа ОКУм в других условиях не обеспечивает надежного ограждения рабочего пространства от проникновения обрушенных и перепущенных пород; кроме того,

Рис. Х.1. Технологическая схема очистных работ на крутом пласте без магазинных

уступов

при непрочных породах передвижение посадочных стоек — исклю­чительно трудоемкий процесс.

Необходимо отметить, что применение комбайнов с индивидуаль­ной крепью на крутом падении привело лишь к небольшому росту производительности труда. Это объясняется большой трудоемкостью работ по креплению и управлению кровлей.

Доля отдельных процессов в общей продолжительности цикла составляет (в процентах): выемка — 17,7; крепление, не совме-

Рис. X.2. График организации работ в лаве на шахте «Ново-Павловская»

щенное с выемкой, — 21,8; спуск, монтаж и демонтаж комбайна — 5,3; переноска кран-балки — 2,8; выемка верхней ниши — 1,6; устройство полков и зачистка лавы — 4; доставка леса — 24,3; управление кровлей — 7,9; подготовительно-заключительные опе­рации — 7 и простои — 7,6. Таким образом, выемка и крепление составляют 40%, а остальные процессы и простои — около 60% всех затрат времени. Следовательно, при хорошей организации работ, обеспечивающей уменьшение доли этих процессов, увеличатся нагрузка на очистной забой и производительность труда.

В качестве примера рассмотрим график организации работ в лаве шахты «Ново-Павловская» (Донбасс) при разработке пласта мощностью 1,05—1,15 м (рис. X.2). Характерным для данного графика является совмещение во времени процессов и операций. Режим работы четырехсменный. В каждую смену завершался один цикл. Во время подготовки комбайна к работе возводилась призабой-ная крепь на участке вынутой в предыдущем цикле полосы угля.

С процессом крепления совмещался процесс передвижения посадоч­ных стоек ОКУм. Выемка угля начиналась через 2 ч после начала смены. Работа комбайна прерывалась в 17—20 м от верхней ниши и производился перепуск угля, отбитого в нише. Выемка угля с пе­репуском угля из ниши длилась 2,5 ч. В оставшиеся 1,5 ч спускался комбайн и доставлялись лесоматериалы.

Х.З. Схемы разработки наклонных и крутых пластов тонких и средней мощности с применением механизированных комплексов

Сложность и разнообразие горно-геологических условий, а также трудности создания механизированных крепей для крутых пластов привели к созданию большого числа технологических схем очистной выемки.

Выемочные поля могут отрабатываться столбами по простира­нию и столбами по падению и восстанию пласта. Это обусловливает принципиальные различия в конструкции комплексов, а также в технологии работ. Выемка угля в очистных забоях может осущест­вляться либо фронтальными агрегатами, либо комплексами. Выемоч­ные комплексы состоят из гидрофицированной крепи, добычного комбайна и других систем и машин.

Важнейшим условием эффективной работы механизированных комплексов и агрегатов является рациональное решение вопросов крепления и управления кровлей. Это связано с тем, что на крутых и наклонных пластах в лавах, работающих по простиранию, меха­низированные крепи сползают по падению под действием грави­тационных сил и сдвижения вмещающих пород. Сдвижение пород кровли по падению увеличивает возможность опрокидывания секций крепи. Для предотвращения сползания и опрокидывания крепи и сползания всего комплекса необходимо предусматривать связь секций крепи и других машин в единую кинематическую систему и передвижение секций крепи с активным подпором (2—5 тс).

В настоящее время для выемки наклонных пластов тонких и средней мощности применяют механизированные комплексы с кре­пями поддерживающего типа КМ-87ДН.

Конструкция комплекса КМ-87ДН обеспечивает устойчивость секций крепи и удержание их и конвейера от сползания. В состав комплекса входят: механизированная крепь М-87ДН, узкозахват­ный комбайн 2К-52, конвейер СПМ-87ДН с кабелеукладчиком, предохранительная лебедка, насосная станция, работающая на эмульсии, электронное оборудование с магнитной станцией и сис­тема орошения с насосной установкой.

Выемка угля комбайном 2К-52 может производиться как по челноковой, так и по односторонней схеме. При работе по односто­ронней схеме комбайн вынимает уголь только при движении снизу вверх, а при спуске вниз он производит зачистку лавы. Такая тех-

нологня рациональна в короткой лаве, где на спуск комбайна затра­чивается около 20 мин.

Организация работ при челноковой схеме выемки показана на рис. Х.З. Очистной забой^ работает в три добычные и одну ре-монтно-подготовительную смены.

При этом затраты времени на выполнение отдельных операций в течение смены распределяются следующим образом: выемка угля— 150 мин, подготовительно-заключительные операции (прием смены, профилактический осмотр и ремонт механизмов, смена зубков и др.) —

Рис. Х.З. График организации работ в лаве, оборудованной комплек­сом КМ-87ДН

60 мин, вспомогательные операции (передвижение конвейера, креп­ление приводных "головок и др.) — 60 мин, технологические пере­рывы (постановка порожняка под погрузочный пункт, ведение взрывных работ в нишах, доставка лесоматериалов в нижнюю нишу и др.) — 25 мин, время на устранение непредвиденных поломок машин и механизмов — 115 мин.

Применение комплексов КМ-87ДН на наклонных пластах дает возможность довести нагрузку на очистной забой до 1000 т/сут и более.

Для предотвращения сползания комплекса по падению пласта целесообразно нижнюю часть лавы отрабатывать с небольшим опере­жением верхней части, что обеспечивает разворот линии забоя под углом 91—92° к оси конвейерного штрека.

Для разработки крутых пластов мощностью 0,75—1,2м при­меняют комплекс 2КГД. В состав его входят механизированная крепь 2КГД, узкозахватный комбайн «Темп», лебедка, гидрообору­дование, электрооборудование и оросительная система.

Комплекс 2КГД допускает совмещение во времени процессов выемки угля и передвижения крепи. Это дает возможность работать с минимальными обнажениями кровли за комбайном, что очень . важно при выемке пластов, залегающих в неустойчивых породах. Однако в связи с большой запыленностью атмосферы в забое при

«

Рис. X.4. График организации работ в лаве, оборудованной комплексом 2КГД

работе комбайна при устойчивых породах крепь передвигают после спуска комбайна. Среднее время ее передвижения в лаве длиной 110м составляет около 2ч. Производственные процессы в очистном забое выполняют в следующей последовательности: выемка угля комбайном, переноска кран-балки, выемка оставшегося целика угля, спуск комбайна, заводка его в нижнюю нишу, пере­движение крепи снизу вверх.

Типовой график организации работ при применении комплекса 2КГД приведен на рис. X.4.

При благоприятных горно-геологических условиях с помощью комплекса 2КГД может быть достигнута нагрузка на лаву до 8— 9,5 тыс. т/мес.

Недостатком рассматриваемого комплекса является отсутствие кинематической связи комбайна с крепью, в результате чего не обеспечивается прямолинейность фронта очистного забоя, что при-

водит к заклиниванию секций крепи или к образованию недоспусти-мых обнажений кровли, не поддерживаемых крепью.

К агрегатам, работающим по падению, относится механизирован­ный щитовой агрегат АЩ, предназначенный для отработки пластов мощностью 1,2—2,2 м с углом падения 50—90° широкими полосами. Агрегат включает в себя гидрофицйрованную щитовую крепь огра­дительно-поддерживающего типа, струго-конвейер и вспомогатель­ное оборудование. Струго-конвейер осуществляет выемку угля по всей мощности пласта и транспортирование его к углеспускной печи.

у

Рис. X.5. Последовательность выполнения операций по выемке угля агрегатом АЩ

Гидродомкраты, при помощи которых струго-конвейер подвешивается к секциям крепи, обеспечивают возможность выемки угля по всей площади забоя и на глубину до 0,7 м.

В исходном положении секции крепи опираются на угольный забой, а струго-конвейер приподнят в верхнее положение (рис. X.5, а). При работе он подается на забой и производит зарубку у кровли пласта на полный шаг, равный ходу домкратов подачи (рис. X.5, в). Затем гидродомкратами качания струго-конвейер подается к почве пласта и вынимает оставшуюся пачку угля у почвы пласта (рис. X.5, в). Завершающим процессом является посадка щита (рис. X.5, г). Для этого одновременно сбрасывается давление в гидростойках секций крепи, и щит опускается под действием собственного веса и веса обрушенных пород. По мере опускания агрегата погашают углеспускной окат, а в вентиляционном возводят трехрядную ор­ганную крепь.

Таблица X.I

	Среднее время на выпол-
	нение операций
Операции	мин	%
Средняя продолжительность цикла	297	100
Выемка угля	120	40,4
В том числе:
зарубка	54	18,2
отбойка	66	22,2
Посадка крепи (подъем струго-конвейера, подготовка	20	• 6,7
к посадке, осмотр после посадки)
Подготовительно-заключительные операции	16	5,4
Потери времени	141	47,5
В том числе:
устранение неполадок, связанных с оборудованием	46	15,5
(замена кареток и зубьев струго-конвейера, вы-
равнивание щита и др.)
простои по эксплуатационным и организационным	95	32
причинам (слабое давление воздуха, отсутствие
порожняка и др.)

Затраты времени на выполнение отдельных операций по резуль­татам работы агрегатов на шахте «Красный Профинтерн» объедине­ния «Орджоникидзеуголь» приведены в табл. Х.1.

Основными недостатками агрегата являются: высокая трудоем­кость монтажно-демонтажных работ, высокие амортизационные от­числения и сложность поддержания печей.