8 Дәріс. Тақталы кенорындарының қазу жүйелері

8.1 Қазу жүйелері жөнінде негізгі түсініктер

Нақты көмір тақтасының таугеологиялык жағдайы мен кенқазу жабдықтарына айқындалған, кеңістік және уақыт бойынша бір-бірімен калыптастырылған дайындау және тазартпа жұмыстарының орындалу тәртібі мен ретін - қазу жүйесі деп атайды.

Қазу жүйелеріне мынандай басты талаптар қойылады: орындалатын жұмыстардың қауіпсіздігі, тиімділігі, жер қойнауыньщ кұнттылығы, қоршаған ортаның қорғалуы және тағы басқалар.

Тау-кен жүмыстары қауіпсіз жағдайда өту үшін міндетті түрде келесідей талаптар орындалуға тиісті: тазартпа кенжардан ең аз дегенде екі шығыс жолы қалдырылады, кенжарлар үздіксіз желдетіліп тұрады, жерасты жұмыс орындары берікті бекітіледі (тіреуленеді), шаң шығуын, көмір - газ кенетті лақтырылыстары мен тау-кен қозғалыстарын ескеру үшін алдын ала арнайы шаралар қолданылады.

Жоғары тиімділікке жету үшін қазу жүйелердің қаржы, еңбек, энергия, материалдар шығындары төмен деңгейде болуға тиісті. Жұмыс үдірістерін механикаландыру мен автоматтандыру, еңбекті ғылыми түрде ұйымдастыру, қазу жүйелерін дұрыс таңдау, ұтымды конструктивтік шешімдерді қолдану - бұлардың барлығы еңбек шығындарын темендетуге бағытталған қажетті ұмтылыстар. Жоғары еңбек өнімділігі - барлық қазу жүйелерін тиімді ететін жағдай, өйткені оған дәлел болатыны: 1 тонна қазылған көмірдің өздік құнында еңбек ақысына жататын үлесі 40% дейін құрайды.

Жер қойнауын қорғау мәселесі мемлекет заңында тәртіптелген. Пайдалы кен жоғалымы мемлекет пен халыққа үлкен зиян әкелетіндігі айқын. Жерастында көмір жоғалымы шақтыны жобалау кезінде де, ұтымды қазу жүйені де таңдауда міндетті түрде ескеріледі. Бүкіл көмір өндірісінің, шақтылардың техника-экономикалық көрсеткіштері осы мәселемен байланыстырылады: мысалы, көмір жоғалымы жоғары болған сайын кәсіпорындарға айып салынады, көмірдің өзіндік құны мен бағасы өседі, шақтының қызмет мерзімі қысқарады. Сондықтан бұл талапты орындау барлық басшылар мен мамандардың борышы.

Дұрыс таңдалынған қазу жүйесі өндірістік процестерді комплекстік механикаландыру мәселесіне, тау-кен жұмыстарын шоғырландыруға (бір тазартпа кенжарға, тақтаға, панелге, горизонтқа, шақтыға жоғары өнімділікке жол ашу), жұмыс беріктігігіне мүмкіншілік тудыруға тиісті.

Қазу жүйесінің бойындағы тау-кен жұмыстары қауіпсіз, тұрақты және өнімді болу үшін даярлау және тазартпа жұмыстары тәуелді өткені жақсы, одан транспорт пен желдету процестерінің орындалуы жекеленеді, тау-кен қазбаларын қорғау жұмысы жеңілденеді, газдану қауіптігі азаяды және тағы басқа ұтымды жағдайлар туады.

8.2 Қазу жүйелеріи таңдауға әсер ететін себептер

Ұтымды қазу жүйелері мен элементтерінің таңдалуына әсер ететін таугеологиялық және таутехникалық факторлар жеткілікті. Оларды кысқаша қарап шығайық.

Көмір тақтасының қалыңдығы ең негізгі факторлардың бірі, Бүкіл тазартпа жұмыстары мен дайындау қазбаларын өткізу технологиясына әсерін білдіреді. Мысалы, жұқа, орташа қалыңдықты және қалың құлама тақталардың көпшілігі толық қабатпен қазылып алынады. Ал, қалыңдықтары 3,5 - 4,0 метрден жоғары жазық және көлбеу, құлама бұрыштары 35 градустан жоғары жазылым бағытпен қазылатын тақталар бұрынғы тәжірибеде көп жағдайда қабаттарға бөлініп қазылған болатын. Тақта қалындықтары дайындау қазбаларының орналасу жайын, қимасын, тіреу түрін анықтайды.

Тақтаның құлама бұрышы, біріншіден, тазартпа кенжардан шығарар көлік түрін таңдау қажеттілігін білдіреді: тақталар бұрышы 30-35 градуска дейін болса механикалы көлік жабдығы тандалады, одан жоғары болса - механикалы жабдықтың қажеттілігі жойылады, көмір өз салмағымен сырғыйды; екіншіден, күрт-құлама тақталарда төбе жыныстарымен қоса табан жыныстары да опырылып құлайды, бұл себептен кенжар кеңістігінде жұмыскерлерге де, тіректерге де, басқа жабдыктарға да үлкен қауіп туады.

Жанасты жыныстар қасиеттері кенжар төбелерінің опырылу мен құлау қаблеттілігіне тіке әсер тигізетіндіктен, төбе жыныстары кысымын игеру тәсілдері мен тазартпа жұмыстарының жабдықтарына анықтауыш фактор болып саналады. Басқа жағынан қарағанда жыныстардың тұрақтылығы дайындау казбаларының тақта ішінде, әлде жыныстар арасында орналасуына әсер етеді.

Геологиялық бұзылыстар бүкіл кенорнын өндірудегі тау-кен жұмыстарына үлкен ауыртпашылық келтіретін факторлардың бірі. Қазу жүйелерін таңдауда бұл мәселені ерекше ескеру барлық кеншілердің міндеті.

Топтағы тақталардың өзара орналасуы — тақталардың қазу ретін анықтайтын мәселе, әсіресе, ол тақталар бір-біріне жакын жатқанда. Сонымен қатар, бұл фактор тақталарды бірге, әлде жекелеп дайындау керектігін анықтайды.

Сумолшылық. Тазартпа кенжар кеңістігінде су мол болса, ол жұмыс өнімділігін және қауіпсіздігін төмендетеді және тағы басқа да зиян келтіреді. Осы себептен кенорнын алдын ала құрғату немесе кенжарға су кіруді тоқтататын әлде азайтатын қазу жүйесін таңдау қажет.

Газмолшылық, Тақтаның газмолшылығы кенжар ұзындығын ұзартуға және кенжардың тәулік қуатын өсіруге мүмкіншілік бермейтін фактор. Кенжар ұзындығы қазу жүйенің негізгі өлшемдерінің бірі. Газды, газдың кенетті лақтырылысына икемді және газдың суфлярды шығуына ыңғайлы көмір тақталарындағы тазартпа кенжарлар міндетті түрде жекешеленген ауа ағысымен желдетілуге тиісті. Ол үшін қосымша желдетпе қазбалар өткізіледі, мұның барлығы қазу жүйенің түрін өзгертеді.

Көмірдің өздік жануы. Бүл, көмір қышқылданғанда пайда болатын құбылыс. Жыныстар мен көмір ішіндегі жарықшалар көп болған сайын оттегінің кіруі де көбейеді - содан көмірдің өздік жануы одан сайын молаяды. Осы себептен кенорнын өндіруде жерасты көмір жоғалымы төмен болғанын талап ету керек. Оған керекті шаралар мен ұтымды қазу жүйелерді пайдалануын мақсат ету қажет.

Өндірістік процестердің механикаландырылуы. Бұл мәселе кенжар ұзындығы мен қазу алабының ұзартылуына, тақтаның қазып алу қалыңдығын үлкейтуге кең жол ашады. Тау-кен ісінде механикаландыру дамығандықтан, жалпы көмір қазу технологиясы, сонымен қатар қазу жүйелері мүлде жетілдірілген жағдайға жеткені мәлім. Әлі де бұл бағытта проблемалар жеткілікті.

8.3 Кенорнын қазудағы ұстанымдар

Пайдалы казбаны қазғанда және жалпы тау-кен қазбаларын жүргізгенде жер астында қуыстар пайда болады. Осы қуыстардың жоғары жатқан жыныстардың тұрақтылығына жасайтын әсеріне қарай, кенорнын қазуды негізгі төрт бағытқа бөлуге болады:

кендіңгектер қалдыру арқылы;

босаған кеңістікті толтырумен (толтырмалармен бекіту);

жоғары жатқан жыныстарды құлатумен.

Кенорнын кендіңгек қалдыру арқылы қазудың мағынасы мынада. Пайдалы қазбаны алғанда бос кеңістіктің арасында пайдалы кеннің алынбайтын белшектері қалдырылады, оларды кентірек немесе кендіңгек деп атайды (8.1-сурет).

Босаған кеңістіктің көлемі көп болған жағдайда, жоғары жатқан және жер бетіне дейінгі жыныстардың салмағы кендіңгектерге түседі, сондықтан осы салмақты ұстап тұру үшін, діңгегтердің көлемі осыған байланысты есептелінеді.

Сурет-8.1 Пайдалы қазбаларды кендіңгектер қалдырып казу

а - тау-кен үңгілері; б – кендіңгектер

Кеңістікті толтырмалармен бекітіп қазуда, босаған кеңістік тығындағыш материалдармен толтырылады: бос жыныстармен, зауыттардан шыққан шлактармен, байыту фабрикаларының қалдықтарымен және тағы басқа.

Құлатып қазуда бос кеңістіктен жоғары орналасқан жыныстар кендіңгектермен, толтырмалармен ұстап тұралмайды, олар өз салмағымен құлап, кеңістікті толтырып отырады (8.2-сурет).

Босаған кеңістіктен жоғары, жыныстар қысымына байланысты аймақтар құрылады, одан, жыныстардың жарылуы, айырылуы, бөлек - бөлек кесектер пайда болуы байқалады. Бірте - бірте бұл аймақтың көлемі көбейіп босаған кеңістіктің көлеміне сай болады, осыдан кейін бұл кұбылыс тоқталады. Бірақта, құлаған жыныстар жоғары жатқан жыныстардың салмағымен тапталадыда, жоғары жатқан жыныстар ептеп төмен қарай жылжиды, сөйтіп құлайтын аймақтан жоғары иілме аймақ пайда болады. Кейде босаған кеңістіктен жоғары жатқан иілме кеңістік бітедіде, одан жоғары жатқан жыныстар ешқандай жылжу күшіне

Сурет-8.2 Бос жыныстарды өз салмағымен құлатып қазу

душар болмайды.Ал, босаған кеңістіктің аумағы үлкен болса, онда жарылыс пайда болған иілме аймақтан жоғары жатқан жыныстар жарылмай жай майысады. Бұндай аймақты жаппай майысу аймағы дейді.

Жербеті, құлатып қазу әдісін қолданғанда, үш жағдайда болуы мүмкін:

Құлатылған аймақ жер бетіне дейін жетуі мүмкін. Егерде қазылатын кен орындарының көлемі өте үлкен болса, мұндай жағдайда тау-кен жыныстарының жылжуы өте екпінді байқаладыда, жер беті жарылып түсіп кетеді, ал кейде бұндай түсіп кеткен жердің көлемі өте үлкен болуыда мүмкін.

Жер бетіне тек майысу аймағы ғана жетеді. Бұндай жағдайда жер байсалды түсіңкіреп, не болмаса тек майысады да қояды.

Жер беті кұлайтын аймақтан жоғары болып, жылжу әсері байқалмайды, ал егер ептеп жылжу әсері болса, оны тек әдейі арналған құралдар арқылы байқауға болады.

Кенорнын қазудағы көрсетілген үш ұстанымдык (принцип) -кендіңгектермен, толтырмалармен және құлатумен, әрқайсысы жеке жеке, ал кейде араласа қолданылуы мүмкін. Көп жағдайларда, жыныстарды ұстап тұрған пайдалы қазбалар қалдырылмай алынадыда, олардың орнына жыныстар құлатылады.

Тіреулердің, толтырма сілемнің, кендіңгектердің атқаратын жұмыстары - тау-кен қазбаларын (үңгілерді) жыныстар қысымынан, бір сөзбен айтқанда, тау-кен қысымынан сақтау.

Сонымен, тау-кен қысымы дегеніміз, тау-кен қазбаларын қоршаған жыныстардың күші (салмағы). Бұл күштердің әсерінен тау-кен қазбалары бұзылмау үшін, қазбаларды сақтауға, тіреулерден бөлек тағы басқа тіректер қолданылады.

Қолданылатын шаралар - тіреулерді орнату, толтыру, кендіңгектер қалдыру, жыныстарды құлатып ұстау, осының барлығы тау-кен қысымының келтіретін зиянын жою, не болмаса одан келетін зияндарды азайту. Бұл жүргізілетін жұмыстарды тау-кен қысымын игеру деп атайды.

8.4 Тау-кен қазбаларын (үңгілерін) сақтау және қорғау әдістері

Тазартпа кенжарлардың жұмысы ұтымды болу үшін маңайдағы дайындау үңгілердің жағдайлары жақсы болғаны қажет. Үңгінің мөлшері, қима ауданы, тіреулердің жалпы техника-технологиялық жағдайлары көпке дейін жұмыс қалыбында болуы, тек қана, жүйелі түрде сақтаумен, қорғаумен және уақытысында желдеумен байланысты.

Үңгілерді сақтап қорғауға әр түрлі факторлар әсерін білдіреді:

табиғаттық-тақтаның қалыңдығы мен құлама бұрышы, айналасындағы жыныстардың тұрақтылығы және тағы басқалар;

өндірістік-үңгілердің түрлері, өлшемдері мен пішіні, тіреу материалы, тазартпа жұмыстардың таяулығы, қорғау тәсілі, жұмыстардың тереңдігі және тағы басқалар.

Өндірістік факторларды дұрыс игеру әдістері табылса, тау-кен үңгілерін жөндеусіз сақтауға болады. Бірақта, табан жыныстарын сыдыру, тартпаларды және тіреудің тағы басқа элементтерін айырбастау, сияқты, ұсақ жөндеу жұмыстары қашан да болсын табыла береді.

Үңгілерді жөндеусіз пайдалануды келесідей әдістермен қамтамасыз етуге болады:

үңгілерді тақта ішінде немесе жыныстар арасында дұрыс орналастыру-мұның арқасында уақытша мен тұрақты тіреу қысымдарының әсері төменделеді;

жұмыс істеу мерзімі ұзаққа жобаланған үңгілерді далалы түрде өткізу (жыныстар ішінде);

үңгілердің көлденең қимасын үлкендетіп өткізу - формасы өзгерген жағдайда өлшемдері ереже талабтарының шегінен асып кетпеу үшін;

икемді тіреулерді пайдалану - төбе жыныстарының жалпы отыру мөлшері тұрғылықты тіреулердің технологиялық икемділік шегінен аспауға тиісті (бестізбекті аркалардікі - 700 мм);

қазба алабтарының өлшемдерін анықтауда, тау-кен жыныстарының физикалы-механикалық қасиеттерін, үңгілердің өткізілу қарқыны мен тазартпа кенжарлардың жылжымын, тіреулердің мүмкінді икемділігін ескеру. Осы аталған талаптар мен шараларды жаңа үңгілерді өткізуде ғана жүзге асыруға болады. Бұрында өткізілгендер жөндеу арқылы сақталады. Уақыт бойынша да, ұзындықпен санағанда да, үңгілердің 85 пайызының сақтау жағдайлары әр түрлі болады.

Штректің ұзындығы бойынша тау-кен қысымының білінуін үш аймаққа бөлуге болады, Бұл аймақтар, әсіресе, жаппай қазу жүйелерінде және кендіңгектерсіз технологиялардың бағаналы қазу жүйелерінде анық байқалады. Бағаналы қазу жүйелерде, қазба үңгілері қайта пайдалану үшін, қазылған кеңістікте сақталынуы (8.3,а,в-сурет) немесе жаңадан ескіге жанастырылып өткізілуі (8.3,6-сурет) мүмкін.

Бірінші аймақ I (тау-кен жыныстарының алғашқы кернеулі жағдайының аймағы) 15-20 м тазартпа кенжардың алдында орналасып штректің кенжарына дейін жайылады. Бұл учаскеде штрек көмір сілемінде орналасқандықтан, тіреулері қатты қысымға ұшырамайды да, деформацияларға берілмейді.

Екінші аймақ II (белсенді тау-кен қысым аймағы) бірінші аймақтың шетінен басталып, 100 - 150 м тазартпа кенжардың артында аяқталады. Бұл аймақта қазылған кеңістіктегі жыныстардың жаппай опырылуы мен отыруы өтіп жатады, сондықтан, мұнда тіреулердің деформациялары ең көп болады.

Сурет-8.3 Кендіңгектерсіз қорғалатын үңгілердегі тау-кен қысымының көріністері

а -үңгіні қайта пайдаланып, жасанды тіреулермен қорғауда; б - жаңа үңгіні қазылған кеңістікке жанастырып өткізуде; в - қазылған кеңістік арасында сақталатын үңгіде

Үшінші аймақ III (тұрақталған тау-кен қысым аймағы) екінші аймақтан басталып штректің қалған ұзындығына жайылады. Бұл учаскеде төбе жыныстарының отыруы біртіндеп азаяды, жасанды корғаулар тығыздалынады, штрек тіреулері тұрақтылынған қысымның астында ісін атқарады. Таугеологиялық және таутехникалық шарттарды ескеру негізінде тіреулеудің орынды әдістерін таңдау үшін тазартпа кенжар мен штректердің шектесті жерлері бес аймаққа бөлінеді (8.4-сурет). Әр аймақ өздік заңдылықтарымен сипатталады.

1!, 1 аймақтар - тазартпа кенжардың алдындағы тасыма мен желдетпе штректердің сүйеніш қысымның әсерінен пайда болатын қауіпті деформацияларға икемді учаскелер. Оның үзындығы 10 м дейін, бұл аймақтағы тіреуді күшейткен қажет.

Сурет -8.4 Тазартпа кенжар мен штректің шектесіндегі ерекше аймақтар

1-5 пен Г-5' - желдетпе мен тасыма штректердің шектес-теріндегі аймақтардың нөмірлері

2', 2 аймақтар - тазартпа кенжардың жұмыс кеңістігіне жарма орналасқан штрек учаскесі. Бұл аймақта көтеріңкі жүктеме жоғары болады және штрек тіреулерінің сүйеу қаблеттері төменделеді. Темір аркалы тіреулер тұтастығы бұзылады. Бұл аймақ өте қауіпті жерлердің бірі. Сондықтан бұл жерде арнайы тіреулерді қолданғанжөн. Штректердің үздіксіз тіреулерлері істен шығатын болғандықтан, олар уақытша іргелес бекітпе тіреулерге ауыстырылады. Іргелес тіреулердің түрлері 8.5-суретте көрсетілген.

Сурет-8.5 Тазартпа кенжар мен штректердің жоғарғы (а) және төменгі (б) шектес орындарын тіреу әдістері

1 – күнқағары тартылған секциялар; 2 - релістік тіреу; 3 - темір әлде ағаш тіректері; 4 - айдағыш ағаш; 5 - іргелес тіреудің секциялары

3', 3 аймақтар - кенжар қуысы маңайындағы учаске. Бұл жерде төбе жыныстарының жарықшақтығы жоғары болып, тұрақтылығы темендейді.

4' 4 аймақтар - төбенің түрімен байланысты, ұзындығы 50 - 140 м дейін созылатын, төбе жыныстары белсенді жылжымдармен сипатталатын, тазартпа кенжардың артындағы штрек учаскесі. Бұндай жағдайда қазылған кеңістік жағынан жыныстар штрекке қарай аунап түспеу үшін қоршаулы тіреу орнатып бұрыңғыларды күшейту қажет.

5', 5 аймақтар - тау-кен қысымы мен төбе жыныстарының жылжымдары тұрақталынған тазартпа кенжардың артындагы штрек учаскесі. Қосымша орнатылған күшейту тіреулерді алып, штректі әрі қарай үздіксіз тіреулермен ғана сақтауға болады.

Тақталы штректерді қорғау әдістері табиғаттық пен өндірістік мәселелермен байланысты. Оларды - кендіңгектер, тас және жасанды қорғандар, арнайы тіреулер (аргандық тізбек тіреулер, айқастыра қаланған бөрене ағаштар, темір-бетон тумбалар және тағы баскалар), қазбаны жанастыра өткізу арқылы және толтырмалармен қорғап сақтауға болады. Таңдауда әр әдістердің өзгешектіліктерін ескеру керек. Мысалы, тас қорғандар, кендіңгектер және сілемнің шеткі жақтары тіректі қысымның әсерінен дәрежелері әр түрлі өзгерістерге ұшырайды. Тас қорғандардың деформациялары, сілем мен діңгекке қарағанда, әлдеқашан қарқынды болады (тақта қалыңдығымен салыстырғанда 50 пайыздан асуы мүмкін). Тіреулердің бұзылуы да бір келкі емес. Осы себептен, тас қорғандар, жұка көмір тақталарды қазып алуда ғана қолданылуы мүмкін.

Діңгектермен қорғау әдісі тау-кен жұмыстары 400 - 500 м тереңдікте, жұқа және орташа қалыңдықты кен тақталарын қазып алуда пайдалануға болады. Бұдан астам тереңдікте кендіңгектердің өлшемдері шұғыл өсіп, кен жоғалымдарының көбеюіне әкеліп соғады. Мұндай жағдайда үңгілерді тау-кен кысымы төмендеп тұрақталынған аймақта, қазылған кеңістікпен жанастырып өткізу әдістері қабылданады. Бұл әдісте табан мен төбе жыныстарының жылжымдары 5-8 есе төменделеді. Бірақта, опырылған жыныстармен жанастырып өткізу әдістері қалыңдықтары 1,8 метрден жоғары, төбе мен табан жыныстарының тұрақтылығы әр түрлі, жазық тақталарда ұсынылуы мүмкін.

Ақырғы, 20-30 жылдар бойы, кендіңгектерсіз қазу технологиялары кең жариялануда. Бұл технологиялардың ерекшелігі: казба үңгіні тазартпа кенжардың артында сақтап қорғау мәжбүрлігі. Бұл жағдайда екі қиындық кездеседі - жалғызданған үңгінің тұрақтылығын қамтамасыз ету және табан жыныстарының ісінуімен күресу. Штректер мен бремсбергтердің (еңістердің) тұрақтылығын -үздіксіз бен уақытша күшейтуші тіреулердің кедергі қаблеттерін үлғайту, үңгілер мен кенжардың шектес орындарының бүкіл тіреулерінің түтастығын сақтау және жыныстардың ісінуіне бөгет жасау арқылы жақсы жағдайға жеткізуге болады.

Темір-бетон, гидравликалық күшейту тіреулерді үңгілердің бүкіл ұзындығымен, аркалардың араларьщан, уақытша тіректі қысым аймағында, 20 - 50 м тазартпа кенжардың алдынан қойылып, артында 50 - 80 метрден кейін қалған соң алынып тұрады. Бұл шарттарды жұқа және орташа тақталарда уақытша тірек (сүйеніш) қысымы үлкен шығын келтірмейтін жағдай да ғана қолдану ұғымды.

Ауыр опырылатын, үлкен ауданда консолі 10 метрден асатын ілмелі төбе жыныстары болатын тақталарда үңгілерді жаңадан өткізу немесе сақтап қайта пайдалану әдістері қолданылуға келмейді.

Әдебиеттер: 1.нег. [171-185]

Бақылау сұрақтар:

1) Қазу жүйесіне анықтама беріңіз;

2) Қазу жүйелерінің классификациясы;

3) Қазу жүйелерін таңдауға әсер ететін айғақтар;

4) Тақталы кен орындарында қолданылатын қазу жүйелері.