XIII.6. Технология проведения подготовительных выработок на гидрошахтах

При подземной гидродобыче для нормального развития горных работ необходимо выполнить большой объем подготовительных работ. Особенности проведения подготовительных выработок на гидрошахтах: меньшая площадь поперечного сечения и проведение выработок с уклоном 0,05—0,07 в сторону углесосной камеры для обеспечения самотечного гидротранспортирования.

Выработки могут проводиться гидравлическим, взрывогидравли-ческим и механогидравлическим способами.

Гидравлический способ нашел применение при проведении нарезных выработок по углям ниже средней крепости, где обеспечивается производительность гидроотбойки не менее Ют/ч. Эффективность способа зависит от параметров струи воды. При коэф­фициенте крепости угля и породы / < 1 гидроотбойка эффективна при давлении струи до 50 кгс/см2, а при / = 1 ~ 1,5 — до 100 кгс/см2.

В комплекс оборудования для проведения выработок входят гидромониторы, водоводы диаметром 125—200 мы, вентиляторы местного проветривания и металлические желоба.

Технология проведения выработки заключается в следующем. Вначале струей воды создается вруб. Затем производится гидро­отбойка на глубину 3—6 м в зависимости от степени устойчивости кровли пласта. Отбитый уголь смывается из забоя отработанным потоком воды и самотеком транспортируется по желобам к пункту обезвоживания или в зумпф напорного гидротранспортирования. Затем выработку крепят, гидромонитор переносят на новую позицию, наращивают водовод, желоба, раскрепляют гидромонитор и отраба­тывают заходку. На отработку заходки и последующее крепление затрачивается соответственно 30—40 и 60—70 мин. Это дает возмож­ность проводить выработки со скоростью 900—1000 м/мес.

При взрывогидравлическом способе проведе­ния горных выработок производственный цикл включает в себя дополнительно буровзрывные работы. Работы могут производиться одно- или многозабойным методом.

Более широкое применение взрывогидравлический способ нашел при проведении подготовительных выработок смешанным забоем (по углю с подрывкой вмещающих пород).

При выходе породы менее 20% горные выработки проводят узким забоем с буровзрывной выемкой и гидросмывом горной массы. Этот способ применяют на пластах мощностью более 1,6 м с углом падения до 90° при породах с коэффициентом крепости менее 4 ч.

При выходе породы свыше 20% штреки рекомендуется проводить широким забоем с размещением породы в выработанном простран­стве. Указанный способ применяют на пологих и наклонных пластах мощностью менее 1,6 м, на крутых пластах — менее 1,2 м.

На пологих и наклонных пластах при породах с коэффициентом крепости до 12 выработки могут проводиться широким забоем с при-

Рис. XIII.3. Технологическая схема проведения выработки широким забоем с применением агрегата АП-2 на пологих и наклонных пластах

менением агрегата АП-2 (рис. XIII.3), предназначенного для меха­низации погрузки, дробления породы и гидрозакладки выработан­ного пространства. После ослабления угля с помощью BB, отбойки и смыва его в забоях штрека и раскоски гидромонитором 1 бурят шпуры по породе сверлами с манипуляторов, установленных на про­ходческом агрегате АП-2. Породу взрывают и погрузочным устрой­ством 2 агрегата 4 грузят на конвейер 3, откуда она поступает в дро­билку. Дробленую породу по пульповоду 5 транспортируют в выра­ботанное пространство верхней раскоски.

Намыв массива ведется с помощью закладочного гидромонитора 6. Выработанное пространство шириной 4 м отделяется от призабойного ограждающими щитами 7, а со стороны штрека — органной крепью. Вода через ограждающие щиты и частично через органную крепь поступает на аккумулирующий штрек в желоба 8 и направляется в пульпосборник гидроподъема.

Проходческий цикл начинают с гидроотбойки или смыва угля, ; а затем с помощью агрегата АП-2 производят уборку и гидротранс- • портирование породы в верхнюю раскоску. Во время уборки породы < и при последующем бурении шпуров в породном забое производятся ; крепление штрека и раскоски, бурение но углю, установка орган- ; ного ряда. Затем укладывают желоба и наращивают трубы. После взрывных работ и проветривания приступают к выполнению опера­ций следующего цикла.

Технология механогидравлического проведения горных выработок включает в себя отбойку угля и породы исполни-

Рис. XIII.4. Технологическая схема (а) и график организации работ (б) при проведении выработки комбайном с напорным гидротранспортом: 1 — комбайн; г — дробилка! 8 — углесос

тельными органами механического типа с последующей навалкой и транспортированием отбитой горной массы гидравлическим спосо­бом. Этот способ проведения выработок занимает ведущее место на гидрошахтах Кузбасса.

На пластах мощностью свыше 1,6 м выработки проводят с по­мощью комбайнов ГПК и К-56МГ с самотечным гидротранспортиро­ванием горной массы.

Штрек проводят с верхней, нижней или смешанной подрывкой вмещающих пород. Для смыва горной массы под конвейером комбайна (рис. XIII.4, а) устанавливают специальное приспособле­ние, к которому через шланг подводят воду от шахтного водовода. Наращивание желоба и водовода производят после подвигания забоя на 2—2,5 м.

На рис. XIII.4, б приведен график организации работ при про­ведении выработки комбайном типа ПК. Бригада состоит из 4 чело­век, которые выполняют следующие работы: осмотр комбайна, проведение штрека комбайном, устройство водоотводной канавки, наращивание водоводных труб и пульповода, возведение постоянной крепи, настилку постоянного пути и обслуживание гидроустановки. При креплении выработки штанговой крепью на выемку и смыв угля, крепление, доставку материалов^ и прочие операции соответ­ственно затрачивается 106; 97,6; 73,2 и 82,6 чел.-мин.

Трудоемкость проведения 1 м выработки механогидравлическим, гидравлическим и взрывогидравлическим способами соответственно составляет 1,09; 1,92 и 1,27 чел.-смены. Объем проведения вырабо­ток перечисленными способами соответственно составляет 47,6; 18,4 и 34,0%.

Х1П.7. Гидротранспорт и гидроподъем

Гидравлический транспорт — это способ перемещения твердых сы­пучих материалов потоком воды. При этом скорости движения гидросмеси должны быть не менее некоторой минимальной величины, называемой критической скоростью.

Гидравлический транспорт подразделяется на самотечный и на­порный. Самотечный гидравлический транс­порт — это способ перемещения сыпучих материалов в потоке воды по желобам или трубам при наличии свободной поверхности потока, на которой давление равно атмосферному. Напорный гидра­влический транс UNO р т — способ перемещения твердых сыпучих материалов потоком воды по трубам при избыточном давле­нии. Основные преимущества гидравлического транспорта: непре­рывность процесса, значительная пропускная способность при ма­лых размерах транспортных сосудов (желоб и труба).

В настоящее время в условиях гидрошахт в пределах шахтного поля основным является самотечный гидравлический транспорт. Он является самым производительным, безопасным и эффективным на пластах, позволяющих выдерживать уклон выработок около 3° от забоя до ствола. Скорость движения угольной пульпы при транспор­тировании по желобам составляет 1,5—1,8м/с. Максимальный размер кусков угля — 0,3 м. Затраты на самотечное гидротранспор­тирование по деревянным желобам составляют 5—6 коп./т, а по металлическим — 13—16 коп./т.

Для самотечного гидравлического транспортирования гидро­смесей применяют штампованные желоба и электросварные трубы, которые изготовляют из листовой стали. Желоба имеют трапецие­видную форму и состоят из отдельных звеньев длиной 1,5 м, которые укладывают внахлестку на почву выработки. Для уменьшения износа желобов их эмалируют или футеруют износостойкими мате­риалами. Желоба применяют в выработках с углом падения не более 15—20°; при больших углах применяют трубы.

В зависимости от заданного расхода воды и уклона желобчатого става транспортирующая способность потока пульпы по твердым материалам определяется эмпирической формулой

(XIII.14) !

гДе <?ж — расход транспортирующей жидкости, м3/ч;

уж — объемная масса транспортирующей жидкости, т/м3; Qt — транспортирующая способность потока, т/ч;

i — уклон желобчатого става;

A1, A2, ks — эмпирические коэффициенты, зависящие от материала желоба и свойств транспортируемого материала.

Рис. XIII.5. Принципиальные схемы гидроподъема на гидрошахтах:

а — углесосный гидроузел; б — подъем с применением питателей и установкой высокона­порного насоса на поверхности шахты; в — подъем с применением питателей и установ­кой насосов в подземных выработках; 1 — углесос; 1 — питатель; з — высоконапор­ный насос; 4 — зумпф; S — загрузочный конвейер; в — желоб

При металлическом новом желобе и транспортировании рядового угля класса О — 250мм коэффициенты A1, A2 и A3 соответственно равны 0,18; 3 и 0,5, при транспортировании рядовой породы того же класса они равны 0,8; 7 и 1,5.

При напорном гидротранспорте для создания избыточного давле­ния в трубопроводе и обеспечения тем самым перемещения в нем твердых сыпучих материалов используют центробежные и поршне­вые насосы. Насосы используют в двух технологических схемах:

1) гидросмесь, состоящая из воды и твердых материалов, проходит через корпус насоса и нагнетается в трубопровод (рис. XIII.5, а);

2) насосы создают давление чистой воды, а твердый сыпучий мате­риал загружается в трубопровод при помощи загрузочно-обменных аппаратов различной конструкции (рис. XIII.5, в, в).

Насосы для взвесенесущих потоков в зависимости от вида транс­портируемого материала называются углесосами, землесосами, рудо-

Таблица XIII.3

Углесос	Производитель­ность, м3 /ч	Давление, M. ВОД. CT.	Высота всасы­вания, M	Крупность транс­портируемого материала, мм	Мощность электро­двигателя, кВт
10У-4 12У-10 10У-5 12УВ-6 14У-7	350 600—900 600 909—800—700 1400	120 85—80 175 320-280-250 175	3 3 3 3 Под­пор	90 90 100 100 75	320 320 630 1500—1200—1000 1200

сосами и грунтовыми насосами. В практике гидравлического транс­портирования угля и горных пород наибольшее применение полу­чили углесосы, характеристики которых приведены в табл. XIII.3.

Для подъема твердых материалов по вертикали используют также эрлифты — аппараты, в которых подъем гидросмеси осу­ществляется путем подачи в трубопровод сжатого воздуха. Преиму­щества эрлифтного подъема по сравнению с углесоеным: макси­мально упрощается схема околоствольного двора, число камер в нем сводится к минимуму; требуется минимальное число механизмов и устройств в шахте; уменьшается дробление угля, исключается необходимость в проведении выработок и оборудования перекачного горизонта, который необходим при углесосном подъеме.

Недостатки эрлифтного подъема: сложность монтажа элементов ' эрлифтов в шахтном стволе; низкий к. п. д. эрлифтной установки; высокие капитальные и эксплуатационные затраты, обусловленные большим расходом электроэнергии и необходимостью оборудования мощной компрессорной установки; необходимость дополнительной углубки ствола и тем на большую величину, чем под большим давле­нием сжатый воздух подается в эрлифтный трубопровод.

Расчет напорного гидротранспорта, как правило, сводится к оп­ределению критической скорости транспортирования пульпы и по­терь давления при ее транспортировании. Критическая скорость транспортирования зависит от гидравлической характеристики тран­спортируемого материала, его концентрации в пульпе и диаметра трубопровода. Для угольно-водяной пульпы критическая скорость движения и потери давления в шахтных пульповодах определяются по формулам В. В. Трайниса:

(XIII.15) (XIII.16)

где g — ускорение свободного падения, м/с2; D — диаметр пульповода, мм; Vn — плотность пульпы, т/м3; Yo —плотность воды, т/м3; с — коэффициент, зависящий от содержания мелких классов

в транспортируемом материале; •ф — коэффициент сопротивления при свободном падении частиц

в воде;

A0 — коэффициент гидравлического сопротивления; Jn и J0 — потери давления соответственно при движении пульпы

и воды, м вод. ст. на 1 м;

vn T — скорость движения пульпы по трубопроводу, м/с. Значение коэффициента с при различном содержании мелких частиц (угля мельче 3 мм, породы мельче 2 мм):

Содержание в пульпе частиц,

%............. 20 30—50 60—80

с.............. 0,6 Ч),5—0,4 0,3—0,1

Меньшие значения коэффициента с соответствуют большим зна­чениям процентного содержания мелких частиц. Коэффициент о|) определяется по формуле

(XIII.17)

гДе 7т — плотность твердых частиц, т/м3.

Коэффициент ,A0 принимается в зависимости от диаметра трубы согласно следующим данным:

Условный 150 200 250 300 350 400 500 600 диаметр трубы, мм

А,„ 0,0185 0,018 0,0175 0,0165 0,016 0,0155 0,015 0,0145

Скорость движения пульпы по трубопроводу

(XIII.18)

гДе Qn — объемная часовая производительность гидротранспорта

по пульпе, м3.

Общее давление, обеспечивающее гидравлическое транспорти­рование,

(XIII.19)

где hn — расчетная высота подъемами;

H1 — разность отметок углесоса (загрузочного аппарата) и вы­пуска пульпы, м; ha — расчетная высота всасывания пульпы, м;

H2 — разность отметок углесоса и горизонта пульпы (воды) в зумпфе, м;

1„ — местные потери, м; iu = 0,1 In;

iB — потери напора во всасывающем трубопроводе; гв = 2 -~-

Ч-2,5м; h0 — остаточный напор при выпуске пульпы; Ji0 = 0,5-|-1 м.

XIII.8. Технологические схемы очистных работ

Различают технологические схемы очистных работ для пологих пластов тонких и средней мощности, крутых пластов, а также для разработки мощных пологих пластов.

Разработка тонких и средней мощности пологих пластов произ­водится ' с применением большого числа технологических схем, различающихся схемой и порядком проведения выработок, а также порядком отработки выемочных участков. Рассмотрим некоторые из них.

При разработке длинными столбами по восста­нию с выемкой угля заходками по падению (рис. XIII.6) выемку угля в столбах производят из выемочных печей в нисходящем порядке. Управление кровлей — полное обру­шение. Заходки располагают в наклонном положении (под углом 6—7°). Это необходимо для облегчения транспортирования угля из очистного забоя.

Заходки при очистной выемке могут быть открытыми и закры­тыми. Открытая заходка (рис. XIII.7, а) — короткая очистная выработка, проводимая без крепления выработанного пространства. Забой закрытой Заходки (рис. XIII.7, б) отгорожен от обрушенных пород предыдущей заходки так называемым подзавальным целиком угля, который частично погашается при доработке заходки. '

При выемке заходок по падению применяют гидравлический и взрывогидравлический способы разрушения угля. При гидравли­ческом способе последовательность выполнения производственных процессов и операций в заходке следующая. В выемочной печи устанавливают гидромонитор. Место установки гидромонитора и со­пряжение выемочной печи с очистным пространством заходки усили­вают дополнительной крепью. Очистные работы в забое ведут, как правило, 2 человека — гидромониторщик и помощник гидромони-торщика. Работы включают следующие операции: гидромониторную отбойку и смыв угля, укорачивание водоводов и желобов, перемеще­ние гидромонитора, доставку демонтированных труб водовода и же­лобов на аккумулирующий штрек.

Процесс гидравлической выемки угля в заходке подразделяется на два вида работ — врубообразование и отбойка угля. Более трудоемким является врубообразование: опыт работы гидрошахт показывает, что производительность гидромонитора по отбойке угля почти в 10 раз превышает производительность по производству вруба.

При гидравлической отбойке угля без предварительного ослабле­ния массива достигается однооперационность процессов выемки и доставки угля из очистного забоя, что обеспечивает высокие эконо­мические показатели работы.

Рис. XIII.6. Разработка длинными столбами по восстанию с выемкой угля заходками по падению

Рис. XII 1.7. Схема выемки открытыми (а) и закрытыми (б) за­ходками по падению:

1—7 — последовательность выемки угля в заходке

Взрывогидравлическая выемка угля осуществляется скважин-ным способом (рис. XIII.8). Скважины заряжают рассредоточенными зарядами. Расход BB на одну скважину — от 2,4 до 4,5 кг. Число скважин в заходке устанавливают в зависимости от устойчивости кровли и размеров заходки по падению.

Технологическая схема применяется на пластах мощностью свыше IMC углом падения не менее 8—9°.

При разработке пластов длинными столбами по восстанию с выемкой полос заходкамипо простиранию (рис. XIII.9) выемочные столбы через каждые 6—8 м разрезают просеками, проводимыми под уклоном, обеспечива­ющим гидротранспортирование угля. Длина просека равна поло­вине ширины выемочного столба (20—50 м). Срок службы просека незначительный. Поэтому крепить его можно вразбежку. Сечение его может быть минимальным, так как в нем располагается только гидромонитор. После проведения просека из него производят вы-

Рис. XIII.8. Схема отработки столбов заходками по падению с предвари­тельным ослаблением массива взрыванием зарядов BB в скважинах:

а — схема расположения скважин; б — последовательность (1—4) выемки угля в за-ходке

емку угля закрытыми заходками. Из одного просека могут быть отработаны две — пять заходок.

При разработке крепких, вязких и монолитных углей возможна технологическая схема выемки угля с предварительным ослаблением массива взрыванием заряда BB в скважинах, расположенных по восстанию пласта.

Разработка мощных пологих пластов преимущественно произво­дится длинными столбами по простиранию с выемкой заходками по простиранию. Схема применяется в Кузнецком бассейне на пластах мощностью 3,5—4,5 м с углом падения 8—10°.

Рассмотрим схему на примере работы бригады Героя Социалисти­ческого Труда H. Г. Смирнова (шахтоуправление «Юбилейное»). Подготовка к очистной выемке производилась блоками, ограничен­ными по падению аккумулирующим и вентиляционным штреками, а по простиранию — блоковыми пульцоспускной и ходовой печами. Штреки служили для проветривания, доставки материалов и пере­движения людей, а аккумулирующие, кроме того, использовались

и для транспортирования пульпы. Штреки проводились арочной формы комбайном К-56МГ и крепились анкерами с затяжкой металлической сеткой.

Печи также проводились арочной формы. Ходовые печи, пред­назначенные для вентиляции и передвижения людей, крепились анкерами с прокладками под металлическую сетку. Пулыгоспускные

Рис. XIII.9. Схема разработки длинными столбами по восстанию с гид­равлической выемкой угля заходками по простиранию:

/, II — последовательность выемки заходок; 1—гидромонитор; S — водовод; ?з — желоба; 4 — основная прирожденная трещиноватость; 5 — аккумулирующий [штрек; в — выемочная печь; 7 — вентиляционный штрек

печи, служащие для транспортирования пульпы и маневров ком­байна, не крепились.

Технологией предусматривалось применение двух схем подго­товки и выемки. Первая схема предусматривала механогидравли-ческий способ проведения выемочных штреков комбайном К-56МГ и гидромониторную выемку угля из выемочных штреков заходками без креци. Вторая схема предусматривала механогидравлическую выемку в нарезных и очистных забоях.

При работе по первой схеме размеры заходок и подзавальных целиков устанавливались по факторам дальности эффективного действия струи, обрушаемости непосредственной кровли и прочности угольных целиков и составляли 5—8 м по длине и 5—6 м по ширине. Подготовка забоя к выемке угля включала: переноску гидромони­тора и пульта управления с маслостанцией; крепление гидромони-

тора стойками ВК-7 или ВК-8 и установку подхвата длиной 3 м на двух стойках в месте будущего сопряжения выемочного штрека с заходкой.

Выемка угля в заходке начиналась с проведения сбойки-под­сечки шириной 3—4м и высотой 1,5—2м до вскрытия отработан­ного пространства вышележащего столба. Затем высоту сбойки-под-

Рис. XIII.10. Схема гидромониторной выемки:

а — проведение первичной сбойки-подсечки; б — погашение потолочины; в — пога­шение подзавальных целиков; I, II, III — порядок выемки угля

Рис. XII1.11, Схема выемки угля механогидравлическим способом:

а, б, в, г, в — порядок выемки угля в заходке; е — график организации работ; I, II, III — порядок выемки угля

сечки увеличивали до 3—3,5 м, оставляя потолочину и не вскрывая выработанного пространства предыдущей заходки. В последнюю очередь погашали целики по контуру заходки и вынимали уголь, оставленный в потолочине заходки и выемочного штрека.

По окончании выемки угля в заходке приступали к вспомога­тельным операциям (укорачивание водовода, переноска гидромони-

тора и др.)- Очистной фронт подготавливался с помощью комбай­нов К-56МГ путем проведения от пульпоспускной печи через 5—8 м выемочных штреков арочной формы сечением 5—6,5 м2. Для провет­ривания и обеспечения запасного выхода выемочные штреки соеди­няли через 12—15 м (рис. XIII.10).

При работе по второй схеме ширина заходки была принята 5—5,2 м. Ширина подзавального целика определялась из условия равенства предельных деформаций сжатия угольных целиков и опу­скания непосредственной кровли (рис. XIII.11). Графиком органи-

Рис. XIII. 12. Технологическая ехема выемки о подэтажной гидроотбой­кой крутого пласта средней мощности:

а — общий вид системы разработки; б — отработка пласта открытыми заходками; в — отработка пдлста закрытыми заходками; 1—в —• последовательность выемки угля в заходке; 7 — аккумулирующий штрек; 8 — подэтажные штреки; 9 — шурф; 10 — гидромонитор; Il — желоба и углеспускные трубы; 12 — пульповод

зации работ предусматривалась одновременная работа четырех'гид-ромониторов ГМДЦ-3 при восьми установленных, что обеспечивало непрерывную выемку угля в течение всего времени подачи воды. Выемочные штреки проводились тремя комбайнами К-56МГ.

Разработка крутых пластов в принципе производится аналогично разработке пологих пластов. Однако на крутых пластах преобла­дают технологические схемы, при которых этаж делится на подэтажи и отбойка ведется в подэтажах.

Одна из наиболее типичных технологических схем с подэтажной гидроотбойкой при разработке крутого пласта средней мощности показана на рис. XIII.12.

Подготовка этажа к очистной выемке осуществляется односторон­ними или двусторонними выемочными полями путем проведения подэтажных штреков с уклоном не менее 0,05 в сторону пульпо-спускной печи, проводимой по восстанию пласта, и аккумулирую­щего штрека с уклоном 0,05 в сторону углесосной станции. Уголь вынимается из подэтажных штреков заходками без крепления очист­ного пространства в направлении от границ участка к скату. Длина крыла выемочного участка по простиранию 150—200 м.

Подэтажная гидроотбойка ведется гидромониторами, установлен­ными на каждом подэтаже (по одному). Выемка угля в подэтажах производится открытыми и закрытыми заходками (см. рис. XIII.12). Уголь отбивается гидромониторной струей слоями последовательно снизу вверх.