6.1.6. Очистные работы

Очистные работы представляют собой комплекс взаимосвязанных произ­водственных процессов по выемке полезного ископаемого из очистных забоев. Применительно к угольным месторождениям в состав этих работ входят очистная выемка, крепление забоя и управление кровлей, т. е. совокупность процессов от­бойки, погрузки на забойный конвейер и доставки угля до ближайшей транспорт­ной выработки (конвейерного штрека, бремсберга, уклона и др.). Названные про­цессы очистных работ характерны для пологих и наклонных пластов, где широко применяется комплексная механизация. В других условиях могут отсутствовать такие процессы, как крепление и управление кровлей, погрузка и механизирован­ная доставка полезного ископаемого в забое.

Очистная выемка является главным процессом очистных работ. Крепление забоя и управление кровлей должны обеспечить нормальное выполнение работ по очистной выемке.

Очистной забой — забой, в котором осуществляется массовая добыча полез­ного ископаемого. По технологическому принципу очистные забои подразделя­ются на длинные и короткие. Принято забои длиной более 20 м считать длинными, менее — короткими. Технологии выемки угля в длинных и коротких забоях суще­ственно различны. Для них созданы принципиально различные средства механи­зации, транспорта и крепления. Подготавливающие выработки, примыкающие к длинному очистному забою, называют выемочными. При выемке по простиранию ими являются конвейерный и вентиляционные штреки.

Рис. 6.20. Схемы подвигания очистных забоев: а — по простиранию: б — по падению; в — по восстанию

В длинных очистных забоях, называемых лавами, применяют две схемы выем­ки: фланговую и фронтальную. При фланговой схеме (рис. 6.19, а) отделение по­лезного ископаемого от массива осуществляется выемочной машиной, перемеща­ющейся вдоль забоя перпендикулярно к направлению его подвигания.

Рис. 6.19. Технологические схемы очистных работ:

а — фланговая (1 — выемочная машина; 2 — забойный конвейер; 3 — штрековый перегружатель; г — ширина захвата выемочной машины); б — фронтальная (3 — перегружатель; 4 — выемочная машина)

При фронтальной выемке (рис. 6.19, б) отделение от массива осуществляет­ся выемочным агрегатом одновременно по всей длине очистного забоя. Такая тех­нология позволяет осуществлять добычу без постоянного присутствия людей в очистном забое. Испытаны отдельные опытные образцы.

На шахтах России и СНГ основную добычу дают длинные очистные забои. Они могут быть различно ориентированы (рис. 6.20) относительно элементов за­легания пласта. Они могут быть расположены по падению (а) или простиранию (б) пласта, а перемещаться — по простиранию, падению и восстанию.

6.1.7. Механизированная выемка в длинных очистных забоях

Выше уже отмечалось, что пластовыми месторождениями представлены за­пасы различных видов минерального сырья. Из этих месторождений в настоящее время добывается практически весь марганец, значительная часть редкоземель­ных элементов и радиоактивных металлов, широко известны также пластовые ме­сторождения медистых песчаников Мансфельда. По горнотехническим условиям разработки к пластовым месторождениям можно отнести все захороненные рос­сыпи редких и драгоценных металлов. Но только для твердых горючих полезных ископаемых — угля и горючих сланцев — этот геологический тип месторождений является абсолютно доминирующим.

Техника и технология подземной разработки пластовых месторождений прошли здесь длительный путь эволюции и достигли современного высокого уров­ня развития. Опыт разработки угольных месторождений сегодня является если не основной, то, по крайней мере, отправной точкой для развития технологии под­земной разработки пластовых месторождений других видов полезных ископае­мых.

Именно поэтому в настоящем и всех последующих разделах главы 6 все во­просы будут рассмотрены применительно к практике разработки исключительно угольных месторождений.

Основным средством механизированной выемки угля на пологих и наклон­ных пластах являются очистные комбайны. Очистной угольный комбайн — маши­на, одновременно выполняющая в забое операции по отделению угля от масси­ва, дроблению его до кусков транспортабельного размера и навалке на забойный конвейер. Угольный комбайн как выемочная машина состоит из электродвигате­ля, механизма подачи, исполнительного органа, погрузочного устройства и систем управления и пылеподавления.

Действие исполнительных органов большинства комбайнов основано на принципе механического разрушения угля. Наиболее эффективными являются такие исполнительные органы, при работе которых в угле возникают растягиваю­щие напряжения без образования объемного напряженного состояния.

Исполнительные органы комбайнов должны удовлетворять ряду требований, основными из которых являются: высокая производительность; малая удельная энергоемкость процесса разрушения; высокий КПД; простота конструкции; вы­сокая стойкость инструмента; высокая надежность работы; возможность автома­тизации режимов работы; выполнение функций отбойки и погрузки угля; способ­ность самозарубаться в пласт.

Наибольшее распространение получили барабанные и шнековые исполни­тельные органы.

Барабанный исполнительный орган, литой или сварной конструкции, осу­ществляет разрушение угля путем скола с открытой поверхности забоя стружки толщиной 20 — 30 мм.

Большинство современных комбайнов оснащены шнековыми исполнитель­ными органами. Основное их достоинство заключается в том, что шнеками осуществ-ляется погрузка угля на конвейер. Принцип разрушения угля шнека­ми такой же, как и барабанами, но с некоторым снижением присущих им недо­статков.

Обычно узкозахватные комбайны оснащены двумя шнеками. Они распола­гаются либо с одной, либо с обеих сторон корпуса комбайна. Положение шнеков легко регулируется по высоте гидродомкратами, что позволяет осуществлять вы­емку угля при различной мощности пласта (рис. 6.21).

Комбайны перемещаются по раме за­бойного конвейера, располагаемого у забоя. Перемещение комбайна вдоль забоя осу­ществляется с помощью приводной звезды и калиброванной цепи.

В настоящее время промышленно­стью выпускаются различные типы комбай­нов, предназначенные для работы в разно­образных горно-геологических условиях. Некоторые из них могут быть применены как с механизированными, так и индивиду­альными крепями при углах падения до 35°.

Струговая установка — выемочная ма­шина, предназначенная для механической отбойки, погрузки и доставки угля в очистных забоях. Струговая выемка является одним из наиболее прогрессивных способов добычи угля.

Наибольшее применение получили быстроходные струговые установки ста­тического действия. Исполнительным органом струговой установки является струг. При движении вдоль забоя прижимаемого к нему струга снимается струж­ка угля толщиной 50-150 мм. Отбитый таким образом уголь корпусом струга гру­зится на конвейер (рис. 6.22, см. вкл.).

Струговая выемка требует «жестких» условий применения: спокойное, вы­держанное залегание пласта; кровля не ниже средней устойчивости; крепкая по­чва, не разрушающаяся при работе струга; уголь не выше средней крепости; от­сутствие в пласте угля крепких включений колчедана и породных прослойков; от­сутствие крепких пачек угля у кровли и почвы пласта; преимущественно пласты тонкие и средней мощности (до 2,0 м).

Струговые установки могут применяться как с индивидуальной, так и с меха­низированными крепями. На базе последних созданы струговые механизирован­ные очистные комплексы и струговые агрегаты, позволяющие осуществлять ком­плексную автоматизацию добычи угля в забое.

Эксплуатационную производительность струговой установки можно опреде­лить по формуле

Оэ = 360 KMhmVc у,

где Оэ — эксплуатационная производительность струговой установки, т/смену; Км — коэффициент машинного времени (0,25-0,35); h— средняя толщина сни­маемой стругом стружки, м; т — вынимаемая мощность пласта, м; Vc — скорость движения стружки при резании, м/мин; у— плотность угля, т/м3.