X.4. Основные направления развития комплексно-механизированной технологии очистных работ на мощных и средней мощности крутых пластах

Выше были рассмотрены технологические схемы очистных работ с применением механизированных комплексов и агрегатов для кру­тых пластов мощностью от 0,6 до 2,2 м (комплексы КГД, MKT и агре­гаты 1АЩ и 1АНЩ).

Значительно труднее осуществить комплексную механизацию очистных работ на крутых пластах большей мощности при изменении мощности в диапазоне от 1,8—2 до 10м и более.

Многообразие горно-геологических условий приводит к необхо­димости применения большого числа технологических схем разра­ботки пластов. Исследованиями ИГД им. А. А. Скочинского уста­новлено, что для пластов мощностью 0,8—2,5 м наиболее перспектив­ными являются схемы с применением комплексов и агрегатов, работающих по простиранию и по падению при управлении кровлей полным обрушением.

Лля пластов мощностью 2—12 м наиболее перспективна выемка

наклонными слоями с разработкой столбов по восстанию и прости­ранию при управлении кровлей полной закладкой выработанного пространства. Пласты мощностью свыше 3 м могут также отраба­тываться горизонтальными полосами по простиранию в восходящем порядке с закладкой выработанного пространства.

В условиях шахт Прокопьевско-Киселевского района Кузбасса, по данным ИГД им. А. А. Скочинского, до 50% промышленных запасов должно отрабатываться по технологическим схемам с закладкой выработанного пространства.

Рассмотрим принципиальные схемы технологии очистных работ с выемкой пластов по восстанию и полосами по простиранию с за­кладкой.

При выемке пласта по восстанию крепление забоя производится механизированной крепью 1 (рис. X.6) оградительно-поддержива­ющего типа. Выемка угля осуществляется комбайном 2, а отбитый уголь доставляется скребковым конвейером 3 в углеспускной скат. Забой поддерживается предохранительным щитком 4, кото­рый перед проходом комбайна отводится от забоя, а после прохода занимает исходное положение. Закладочный материал доставляется по трубам 5, прокладываемым в скатах 6.

Выемка угля может осуществляться также стругами.

При выемке крутых пластов мощностью 2,5—3,2 м, а также при разработке пластов мощностью 3,5—16 м наклонными слоями могут применяться агрегаты, работающие по простиранию с заклад­кой выработанного пространства.

На пластах мощностью 3—4,5 м с углами падения более 60е может применяться механизированная выемка полосами по прости­ранию. Пласты мощностью более 4,5 м могут разрабатываться по­слойно.

При выемке полосами по простиранию подготовка выемочного поля заключается в проведении полевых штреков на откаточном и вентиляционном горизонтах. На вентиляционном горизонте на флангах выемочного поля проводят квершлаги до пересечения с пла­стом, а по пласту — откаточный штрек 1 и вентиляционные скаты 2 (рис. X.7). Монтаж комплекса оборудования производится в первой полосе, которая переоборудуется в монтажную камеру. Первона­чально на почву камеры укладываются понтоны 5, состоящие из соединенных между собой металлических поплавков. На поплавки устанавливают скребковый конвейер 4.

Ширина вынимаемой полосы по восстанию принимается равной 4,5—5 м. Очистные забои попеременно опережают друг друга. Вслед за подвиганием лав в закладочном массиве в центре поля оборудуется углеспускной скат 5, а вентиляционные скаты пога­шаются.

Крепление лав производится рамами из двух деревянных стоек 6 и металлического раздвижного верхняка 7. Боковые породы крепят деревянными стойками и анкерной крепью. Транспортирование угля из лавы до центрального ската производится скребковым конвейе­ром, установленным на понтонах.

Рис, X,6. Технологическая схема разработки крутых пластов механизированными комплексами по восстанию с заклад­кой ^выработанного пространства

Рис. X.7. Технологическая схема разработки крутого пласта горизонтальными полосами по простиранию в восходящем порядке с механизированной выемкой угля и гидрозакладкой

Выемка угля в каждом из забоев ведется своей выемочной маши­ной 8 в направлении от углеспускного ската к фланговому; по окон­чании отработки полосы машину перегоняют в соседний забой, очищают от угля почву отработанного слоя и готовят его к закладке.

Закладочный материал по трубам подается до пересечения флан­гового ската с забоем, далее гидросмесь растекается вдоль лавы, постепенно заполняя отработанную полосу на необходимую высоту. После окончания закладки выемочая машина по переходному мосту возвращается в свой забой, производя зарубку и выемку угля в следующей полосе.

X.5. Схемы выемки с применением буровзрывных работ

X.5.1. Технология работ с применением щитовых перекрытий

При щитовой выемке (рис. X.8) выемочное поле делят по простира­нию на участки шириной 24—30 м, между которыми оставляют целик шириной 1,5—2 м. С помощью буросбоечных машин проходят ходовые и углеспускные печи 1 на расстоянии 5—6 м одну от другой, после чего на вентиляционном горизонте 2 монтируют щитовую крепь 3 на всю мощность пласта.

Для предохранения щита от ударов больших глыб пород над ним создают подушку из обрушенных пород, высота которой должна быть не меньше мощности пласта. Для ее образования разрушают уголь и породу над щитом путем бурения от 60 до 120 глубоких шпуров (2—5 м) в кровлю пласта и в целик угля под рассечкой и взрывания зарядов в этих шпурах.

После этого щит приводят в рабочее положение, т. е. такое, при котором он располагается по нормали к боковым породам. Это достигается однократной или многократной выемкой опорного целика у лежачего бока пласта (рис. X.9). После каждого взрыва­ния щит опускается со стороны лежачего бока и постепенно занимает рабочее положение. Затем начинается нормальная эксплуатация щита.

Опускание щита складывается из следующих операций: на всю длину щита проводят канаву на глубину до 2,5 м, затем взрывают опорные целики под щитом у висячего и лежачего боков пласта на глубину 0,8—1,5 м. Потеряв опору, щит опускается до невзорванных целиков. При большой мощности пласта требуется неоднократное взрывание толщи угля до опорных целиков.

На пластах с углом падения менее 75° при особо большой мощ­ности пластов, а также при сдвоенных и комбинированных щитах применяют раздельную посадку висячего и лежачего бортов щита. Заключается она в том, что взрывают сначала опорные целики у ле­жачего бока пласта, а затем у висячего. При посадке щита по лежа­чему боку пласта борт щита у висячего бока является как бы не­подвижной осью, вокруг которой лежачий борт описывает дугу

окружности. При посадке висячего борта неподвижной осью является лежачий борт щита.

На пластах с углом падения 60—75° часто применяют комбини­рованные схемы 'посадки щитов. Сначала одновременно взрывают опорные целики у лежачего и висячего боков. При этом вследствие почти свободного падения щит рано или поздно приблизится к лежа­чему боку пласта. После этого производят несколько последователь­ных взрываний опорных целиков только у лежачего бока. Перед взрыванием опорных целиков производят углубление канавы.

Рис. X.8. Общая технологическая схема щитовой выемки

Наиболее сложным является управление сдвоенными щитами. Цикл посадки сдвоенного щита складывается из следующих опера­ций: углубления канавы сначала под щитом лежачего бока, а затем под щитом висячего бока; углубления ортов или проходов с лежа-' чего на висячий бок; взрывания целиков у лежачего бока, средних целиков и, наконец, целиков у висячего бока.

Под щитами иногда одновременно взрывают до 100 шпуров. Для их бурения и заряжания должна быть подготовлена свободная и удобная канава. Кроме того, размеры канавы должны быть доста­точны для размещения отбитого угля.

Работы под щитом начинают с углубления канавы. Начальные размеры канавы по высоте 1,5м с шириной у щита 2—Зм.

На пластах мощностью до 5—6 м шпуры для проведения канавы бурят через 0,8—1,2 м один от другого по простиранию и под углом

40—50° в сторону от углеспускных печей (рис. X.10). Глубина шпуров 1,5—2 м. Величина зарядов в шпурах 400—800 г. Все заряды взрывают одновременно и основная часть угля попадает непосред­ственно в углеспускные печи.

После разборки канавы и уборки угля в печи приступают к буре­нию шпуров в опорных целиках. Шпуры бурят горизонтально или с небольшим подъемом на расстоянии 0,8—1 м один от другого. Величина зарядов в зависимости от горно-геологических условий составляет от 100 до 600 г. Чтобы обеспечить быструю посадку щита и ровную поверхность опорных целиков, шпуры бурят за габа-

риты щита: по торцам и лежачему боку — на 20—30 см, по вися­чему боку — на 30—50 см. При этом достигается полное разрыхле­ние целика угля и породы подушки не попадают в рабочее простран­ство.

Разборка угля под щитом после взрывания начинается с приве­дения в порядок предохранительных решеток и очистки прохода. Уголь, задержавшийся на наклонных поверхностях под щитом, скатывается в печи. По углеспускным печам уголь самотеком по­ступает в откаточный или конвейерный штрек.

Очистная бригада обычно состоит из шести-восьми человек. Еже­сменно работают два-три забойщика, один мастер-взрывник и один насыпщик-откатчик. Планограмма организации работ показана на рис. Х.11.

На пластах мощностью до 6 м в течение суток обычно произво­дится три посадки щита с общим нодвиганием забоя 3—3,5 м. При мощности свыше 6 м удается сделать не больше двух посадок с по-двиганием забоя 1,5—-2м.

Рис. X.9. Схема приведения щита в рабочее положение: 1 — щит смонтирован в горизонталь­ном положении; 2 — промежуточное положение; 3 —нормальное положение щита

Рис. X.10. Порядок выемки угля под щитом при мощности пласта до 5—6 м:

1 — шпуры, взрываемые в первую очередь;

2 — шпуры, взрываемые во вторую очередь

Выемка с помощью щитов производится до первого параллельного штрека, а при его отсутствии щит останавливают в 3—5 м от кровли откаточного штрека. Демонтаж щита не производится.

Затраты времени при щитовой выемке распределяются следу­ющим образом: осмотр забоя — 12—15 мин; уборка крепи 20—40мин; бурение одного шпура — от 0,5 до 1,5 мин. Время на взрывание и проветривание за один прием составляет 30—40 мин. Разборка угля после взрывания продолжается 30—40 мин. Месячная нагрузка на один щитовой забой в среднем составляет 7300 т, а на пластах мощ­ностью 6—8 м — до 15 000 т.

Рис. X.11. Трафик организации работ под щитом

При четкой организации труда в очистном забое достигаются высокие технико-экономические показатели. Так, в Кузбассе при отработке пласта мощностью 9—9,5 м жестким секционным щитом за 31 рабочий день было добыто 60 144 т угля при среднесуточном подвигании щита 7 м. Сменная производительность труда забой­щика составила 172 т.

Одним из наиболее частых видов аварий при щитовой выемке является застревание кусков угля в печах. Для ликвидации такой пробки обычно проводят из печи специальную сбойку. Совершенно недопустимы попытки устранить пробку непосредственно из угле­погрузочных люков, взрывание накладных зарядов и т. д.

Технико-экономические показатели работы щитов зависят как от организации труда, так и от правильного выбора типа щита. При этом исходят из следующих принципиальных положений:

при углах падения пластов более 55° и мощности от 1,3 до 2,5 м целесообразно применять арочные щиты или агрегаты АЩ;

при углах падения свыше 55°, мощности пластов от 2—2,5 до 8—10 м и наличии в пласте не более одного нарушения на высоту этажа (типа сброса, пережима, перегиба) следует применять одинар­ные секционные или бессекционные щиты;

при углах падения пластов более 60* и мощности свыше 10 м целесообразно применять сдвоенные или спаренные щиты и управля­емое комбинированное перекрытие (УКГП);

на пластах с углами падения менее 55°, имеющих сравнительно крепкую почву и устойчивый некливажистый уголь, следует при­менять щиты специальной конструкции: Г-образные, с гидроподачей (КТУ), обтекаемые, на катках.

Х.5.2. Схема очистных работ под гибким перекрытием

При разработке мощных крутых и наклонных пластов применяют слоевую выемку с использованием гибкого перекрытия для изоля­ции выпускаемого угля от обрушенной породы. Такая технология исключает смешивание породы с углем при выпуске и тем самым значительно уменьшает потери угля.

Рис. X. 12. График организации работ в монтажном слое

Гибкое перекрытие может располагаться с двух сторон — сверху и с торцовой стороны отрабатываемого блока (см. рис. X. 13) или с трех сторон отрабатываемого блока — сверху, с торца и у вися­чего бока пласта. В первом случае обеспечивается лишь частичная изоляция выпускаемого угля от породы. При рассматриваемой технологической схеме разработка мощных крутых пластов обычно производится этажным обрушением. Суть способа состоит в том, что пласт вынимается в два приема: сначала отрабатывается верхний, монтажный слой мощностью 1,5—1,8м, а затем остальная часть пласта.

Монтажный слой отрабатывается длинными столбами по прости­ранию с обрушением кровли и без оставления целиков угля в преде-

В лавах монтажного слоя, располагаемых по падению, выемку производят буровзрывным способом. Крепят их деревянными ра­мами, верхняки которых укладывают по падению пласта. Управле­ние кровлей осуществляется полным обрушением на костры. Шаг обрушения зависит от свойств пород и составляет обычно 4—8 м.

Организация работ зависит от конкретных условий. В качестве примера на рис. X.12 приведен график организации работ в лаве длиной 20м при толщине слоя 1,4—1,5м.

Самым трудоемким процессом является монтаж гибкого перекры­тия (более 60% всех затрат труда). Например, на шахтах Кузбасса на монтаж 100м2 готового перекрытия затрачивается 30—65 чел.-смен. Перекрытие монтируют из металлических лент сечением 50 X 3,2, 45 X 3,5 или 40 X 4 мм, укладываемых впереплет на почву слоя, и металлической плетеной сетки, настилаемой поверх полос.

Подготовка второго слоя к выемке производится вслед за монта­жом гибкого перекрытия. Заключается она в проведении подэтажных штреков 1 (рис. X.13) у почвы пласта, проходов 2 под перекрытием и ортов 3, соединяющих проходы с подэтажными штреками, соеди­ненными межу собой сбойками 4.

Работы по выемке угля в нижнем слое начинают после полного окончания всех работ в монтажном слое.

Опережение очистных работ в верхнем слое относительно ниж­него должно быть не менее 30—40 м, с тем чтобы при обрушении кровли в верхнем слое не повредилось перекрытие.

Работы по выемке угля в нижнем слое заключаются в бурении и взрывании шпуров, выпуске отбитого угля из-под гибкого пере­крытия и доставке его до места погрузки.

Правильно выбранные паспорт буровзрывных работ и способ выпуска угля позволяют эффективно управлять перекрытием и ис­ключить его разрушение.

При мощности пласта более 7 м выемку ведут в основном из проходов под перекрытием (см. рис. X.13). Число и расположение шпуров принимают с таким расчетом, чтобы после взрывания каждой серии (/, //, ///, IV, V) отбивался слой угля толщиной 2,0—2,5 м по мощности пласта. Для предупреждения повреждений гибкого перекрытия ближний к обрушенным породам ряд шпуров распола­гают на расстоянии 0,8—1 м от них.

После взрывания серии шпуров уголь грузят на конвейер и до­ставляют до ближайшего ската. При этом между забоем и перекры--тием сохраняется проход, обеспечивающий проветривание забоя и возможность систематического наблюдения за состоянием и по­ложением перекрытия.

Мощные наклонные пласты, как и крутые, также отрабатывают двумя слоями (рис. X.14). В верхнем, монтажном слое применяют систему разработки длинными столбами по простиранию, а нижний слой отрабатывают столбами по падению.

Выемка угля и монтажные работы в верхнем слое выполняются в основном так же, как на крутых пластах; отличие заключается лишь в том, что при монтаже гибкого перекрытия на границах столбов нижнего слоя от вентиляционного штрека до откаточного по падению пласта прокладывают канаты, к которым прикрепляют перекрытие. По каждой границе столба прокладывают два каната рядом: один для одного, второй для другого столба. Назначение их — упрочнение гибкого перекрытия на границах и лучшее упра­вление им в очистном забое.

Для подготовки нижнего слоя у лежачего бока пласта на всю высоту этажа через каждые 6 м по простиранию проводят четыре углеспускные печи 1 (рис. X. 15), а под перекрытием со стороны кровли — проходы 2. Проходы, располагаемые против печей и сби­ваемые с ними наклонными ортами 3, используются для вентиляции и в качестве запасных выходов. Для обеспечения самотечной доставки угля по ортам забой нижнего слоя располагают под углом 40° к го­ризонту. При мощности пласта 9—10 м проводят два ряда угле-спускных печей. Выемка угля производится буровзрывным способом по двум вариантам.

При первом варианте уголь вынимается из наклонных ортов (проходов). Для этого по всей длине каждого орта обуривают почву и межортовые целики. Взрывание и выгрузку угля в ортах ведут последовательно. По окончании выемки орты восстанавливают до

Рис. X. 14. Комбинированная система разработки с гибким перекрытием

первоначальных размеров, после- чего ведут выемку в обратном направлении.

Вторым вариантом предусматривается одновременная выемка угля из всех проходов. При этом забой по высоте делят на три гори­зонтальных слоя. У почвы поддерживают горизонтальный проход. Слои отрабатывают последовательно в нисходящем порядке. Первое взрывание шпуров производят у перекрытия сразу на всю длину

Рис. X.15. Схема подготовки и порядок отработки нижнего слоя при работе с гибким перекрытием столбами по падению

по простиранию, после чего убирают уголь. Вторую серию шпуров взрывают в средней части забоя. Затем вслед за уборкой угля выни­мают целик, оставшийся у горизонтального прохода, расположен­ного у почвы пласта. После полной уборки угля проходы восстанав­ливают до первоначального сечения и цикл по выемке угля повто­ряют.

Среднемесячная добыча угля из одного очистного забоя соста­вляет 10 000—12 000 т при производительности труда рабочего по участку 7—8 т в смену.

Основным недостатком технологических схем работы с примене­нием гибкого перекрытия является их недостаточная механизация.

XI. Технология выемки угля в коротких забоях

XI. 1. Общие положения

Короткими называют забои, длина которых не превышает 20 м (камеры, заходки, короткие столбы). Основной особенностью и пре­имуществом технологии выемки угля в коротких забоях является упрощение или полное отсутствие работ по креплению и управлению кровлей. Основной недостаток такой технологии — большие потери угля, достигающие 20—40%.

Наибольшее развитие выемка угля в коротких забоях получила на шахтах США, Канады и Австралии. На шахтах нашей страны эта технология применяется лишь в особых условиях.

Различают цикличную, поточную и комбинированную техноло­гию выемки угля в коротких забоях.

При цикличной технологии весь комплекс добычных работ укладывается в периодически повторяющиеся процессы. Характер­ная ее особенность — применение взрывного способа отбойки угля.

При поточной технологии выемка угля ведется непрерывно, что обеспечивается механической отбойкой и навалкой угля на транспортные средства.

Комбинированная технология заключается в сочета­нии поточного выполнения операций при проведении камер и цик­личного процесса погашения междукамерных целиков.

При поточной технологии применяются комплексы добычного оборудования, в состав которых входят добычные комбайны, само­ходные челноковые вагонетки, телескопические конвейеры .и буро­вые станки для установки анкерной крепи.

В схемах с цикличной технологией очистных работ основным механизмом является углепогрузочная машина. Кроме нее комплекс оборудования включает самоходную буровую машину для бурения шпуров по углю и самоходные челноковые вагонетки. В одном из панельных штреков устанавливают ленточный конвейер для транспор­тирования угля к главному штреку, где он загружается в вагонетки.

В основном используются углепогрузочные машины конвейер­ного типа непрерывного действия с загребными лапами. Они пере­двигаются обычно на гусеничном ходу и имеют довольно высокую производительность — до 10—18 т/мин при мощности приводов до 70 кВт. Взорванный уголь грузится погрузочной машиной в само­ходную вагонетку и в ней доставляется до главной транспортной выработки, где разгружается в вагонетки состава или на магистраль­ный конвейер. Обычно одну углепогрузочную машину обслуживают две самоходные вагонетки.

На мощных пластах может применяться комбинированная техно­логия.

Рис. X 1.1. Технологическая схема выемки пласта комбайном при камерно-столбовой системе разра­ботки