1.Общие  сведения о шахте 

    Шахтное поле шахты  “Центральная” расположено  в Юго-западной половине Камышловской мульды Камышловского угленосного  района Челябинского буроугольного бассейна.

    В административном отношении шахтное  поле расположено на территории РФ в пределах города Капейска Челябинской  области. Границами шахтного поля служат: на северо-востоке – линия скважин №49585 4, а на юго-западе – граница шахты Капитальная и дополнительная линия разведывательных скважин IV-2, на юго-востоке – выход пластов под наносы, на северо-западе – охранный целик под поселком Старокамышинский. В 12 км расположен областной центр – Челябинск. Через шахтное поле проходит железнодорожная дорога Капейск – Коркино – Еманжелинск с выходом на железнодорожную магистраль МПС РФ. Питьевое и техническое водоснабжение осуществляется от Челябинского горводоканала.

    Шахта «Центральная» введена в эксплуатацию с 1.03.1952г. с проектной мощностью 300 тыс. тонн в год. После реконструкции и углубки стволов с 30.12.1985г. проектная мощность шахты увеличилась до 1800 тыс.тонн в год.

    Уголь, добываемый в шахте, подвергается обогащению на обогатительной фабрике, построенной  в комплексе с шахтой. Фабрика выдает уголь с зольностью от 27,7 до 33,9 %. Добываемый уголь относится к типичным бурым углям с высокой степенью углефикации. Теплотворная способность на горную массу (Q_в^г ) составляет  5714÷7495 ккал/кг.

    В геологическом строении шахтного поля принимают участие снизу вверх:

1. Нижнемезозойские отложения.
2. Мезозойские отложения.

    По  металлургическому составу и  их характеру угленосные толщи            подразделяются на 4 свиты (сверху вниз): Сукоянскую, Коркинскую, Козилевскую, Калачевскую. Шахтой в настоящее время разрабатывется часть пластов Коркинской свиты и  Сукоянской свиты. Из 38 Коркинской свиты в настоящее время рабочими считаются следующие пласты: IД, Ж-I, Ж-II, Ж-3,   И-I, И-3, К-2сл, К-2_2сл, К-2_IIсл, H-2_IIсл, H-I_IIсл, H-2_2сл, Н-3, Н-4, П-Iсл.

    Из  пластов Сукоянской свиты: IV-I, IV-2, Ш^а-I, Ш^а-II, I^a-3_сл,  I^a-4_сл.

    Всего шахтой отрабатывается 22 пласта рабочей  мощности.

    По  состоянию на 01.01.2001г. разведенные  балансовые запасы по категориям А+Б+С составляют 53638 тыс. тонн, промышленные 30418 тыс. тонн.

      Тектоника угленосных отложений  шахтного поля проявляются в виде отдельных блоков. Подземные воды покровных отложений поверхности сдренированы горными работами. Приток воды в шахту составляет по 160 м³/час на горизонте 286м и 190 м³/час на горизонте 510 м.

    Режим работы шахты

• число рабочих дней в году 357;
• рабочая неделя непрерывная;
• работа в 4 смены: 3 добычных и 1 ремонтная;
• продолжительность рабочей смены:

                        для подземных рабочих 6 часов;

                        для поверхностных рабочих 8 часов;

    -               срок службы шахты до 2015 года.  

    Шахтное поле вскрыто тремя вертикальными  стволами и погоризонтными главными квершлагами горизонта 286 м и 510 м.

    Главный (скиповой) ствол сечением 19,6 м² пройден на глубину 571 м, вспомогательный (клетьевой) ствол сечением 38,5 м² пройден на глубину 510 м.

    Способ  подготовки шахтного поля – этажный  с разделением на 2-3 подэтажа. 

    Учитывая  склонность добываемого угля, к самовозгоранию на шахте приемлем полевой способ подготовки с группированием сближенных пластов. Для этого проводится под нижним пластом полевой откаточный штрек, а затем участковыми квершлагами с него вскрывают лавы.

    Отработка пластов свиты и этажей на пластах  производится в нисходящем порядке, т.е. в направлении сверху вниз.

    В настоящее время горные работы сосредоточены  на горизонте 510 м. С горизонта 510 м проводятся выработки (уклоны) до глубины 710 м – конечной глубины разработки месторождения. При помощи уклонов подготавливаются уклонные поля. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2.Горно-геологическая  характеристика участка. 

    Горно-геологические  данные с проектируемого участка: 

    3.Выбор  и обоснование  техники и технологии  очистных работ. 

    Для механизации очистных работ принимаем  комплексную механизацию, которая позволяет механизировать все основные и вспомогательные процессы, связанные с очистной выемкой.

    В соответствии с горно-геологическими условиями участка принемаем  панельную систему подготовки и  отработку длинными столбами по простиранию  и выемкой угля по падению.

    Для комплексной механизации и автоматизации  производственных процессов принимаем механизированный комплекс типа ОКП70Б, предназначенный для механизации очистных работ и частичной автоматизации очистных работ, процессов передвижки конвейера, поддержания, крепления и управления кровлей способом полного обрушения.

    Вынимаемая  мощность пласта при помощи данного  комплекса 2,3-3,5 м с легкоуправляемой, среднеуправляемой кровлей.

    Комплекс  ОКП70Б включает в себя: крепь механизированную типа ОКП70,  конвейер СУОКП70Б с гидростойками ,кабелеукладчик, комбайн 1КШЭ, выемочная машина КПП КГУ, гидрооборудование, насосные станции, электрооборудование, и комплекс автоматизированного управления.

    Механизированная  крепь ОКП70 оградительно-поддерживающего  типа, предназначена для крепления  и  управления кровлей способом полного обрушения, ограждения рабочего пространства, передвижения конвейера лавы. Производим проверку выбранной крепи для существующих условий настоящего проекта.

    Максимальное  расстояние до заднего ряда стоек  крепи ОКП70 при ширине захвата 0,63 составляет 3,4 м, минимальное расстояние до переднего ряда стоек 1,4-3,0 м. Определим допустимые конструктивные высоты крепи:

    H_min=m_min (1-αl_з)-d=3,3×(1-0,05·3,0)-0,05=2,7 м

    где   H_min – минимально необходимая высота крепи;

             m_min –минимальная мощность пласта;

             α – коэффициент сближенных пород (=0,05);

              l_з – минимальное расстояние до заднего ряда стоек, м;

              d –запас раздвижности гидростоек на разгрузку крепи от давления пород, при мощности пластов более 1м принимаем равной 50 мм.  

                              H_mах=m_mах(1-αl_п)=3,5·(1-0,05·3,4)=2,9м

    где    H_mах – максимально необходимая высота крепи;

              m_mах –максимальная мощность пласта;

              l_п – максимальное расстояние до заднего ряда стоек, м;

    Также проводим проверку по сопротивлению  для данного типа пород кровли по нагрузочным свойствам с учетом мощности пласта.

    где      h_ло – мощность легкообрушаемых пород кровли, м;

               m_в – вынимаемая мощность пласта, м.

    При 4,2   суммарное удельное сопротивление крепи должно быть не менее 600кН/м². По технической характеристике удельное сопротивление крепи на 1 м² поддержания кровли составляет 600 МПа.

    Таким образом принимаем крепь ОКП70, которая имеет соответствующие  размеры H_min=2100 мм и H_mах=3500 мм.

    Комбайн 1КШЭ предназначен для механизации  выемке угля на пологих пластах мощностью 2-4,2 м с углом падения до 35⁰ по простиранию, при сопротивляемости угля резанию до 300 кН/м.

    Выемка  угля может производиться по односторонней  схеме работ с рамно-передвижного забойного конвейера. В соответствии с настоящими горно-геологическими условиями принимаем одностороннюю схему работ. Данное решение принимается также из-за благоприятных условий по отжиму угля. Комбайн оснащен исполнительными органами в виде двухзаходных шнеков одинакового диаметра, расположенных с одной стороны. Регулирование по мощности и гипсометрии пласта производится с помощью гидродомкратов.

    Внедрение комбайна в пласт, из-за его конструкции  шнеков, может производиться косыми заездами, что позволяет сократить время на концевые операции и упростить зарубку, т.е. не нужно готовить ниши.   

    Управление  комбайном производится со стационарного  и выносного пультов управления, управления скорости подачи автоматическое, в зависимости от погрузки.

    Для транспортирования горной массы  по штреку устанавливаем ленточный телескопический конвейер типа 1ЛТ-100, предназначен для приемки горной массы с размерами кусков до 400 мм с забойного конвейера и транспортированием её по прямолинейным и наклонным выработкам непосредственно примыкающим к очистному забою, а также для механизации работ по сокращению конвейерной линии и передвижки вспомогательного оборудования лавы при времени очистных работ обратным ходом.

    Между приводными секциями расположено натяжное устройство, а на отдельной разгрузочной секции находится разгрузочный барабан ленточной части.

    Крепь сопряжения предназначена для механизации  в трапециевидных выработках, прилегающих к лаве, а также в зоне выхода приводной головки забойного конвейера в эти выработки, операции по поддержанию кровли в зоне наибольшего давления, из-за большой площади обнажения, поддержания головки конвейера и её передвижки по мере подвигания забоя. Питание крепи осуществляется от насосной станции очистного комплекса. 
 
 
 
 
 
 
 

    4.Производственные  процессы, выполняемые  в очистном забое. 

    В лаве принята односторонняя схема  работы комбайна: при движении комбайна вверх осуществляется отбойка угля, вслед за этим осуществляется крепление незакрепленного пространства вслед за проходом комбайна с отставанием указанном в паспорте «Крепление и управление кровлей с отставанием порядка 15 – 20 м, в соответствии с конструктивными возможностями, осуществляется передвижка конвейера на новую дорогу. При движении комбайна вниз операции по креплению и перемещению конвейерного  става повторяются.

    Управление  крепью осуществляется при помощи БУС (блок управления секции), который находится на вышестоящих секциях по ходу движения комбайна (при движении комбайна вверх). Управление может быть ручным или автоматическим. В результате чего секции могут передвигаться либо по волновой схеме последовательно, либо по 5 шт.

    В исходном положении забойный конвейер выдвинут к забою, комбайн находится в концевом участке лавы напротив массива, для осуществления зарубки, стойки   крепи  отстают от конвейера на шаг передвижки  крепи. По мере передвижения комбайна и кровли ГРОЗ по обслуживанию крепи осуществляют передвижку секций крепи к конвейеру.

    Передвижка  секций производится одним рабочим, который выполняет операции в  следующей последовательности: управляя секций крепи, находясь при этом под  вышестоящей закрепленной секцией, он переключает на блоке управления, тумблер автоматической передвижки, нижележащая секция снимает распор, подтягивается к конвейерному ставу (с постоянным подпором) затем осуществляется распор секций – крепления незакрепленного пространства. Второй горнорабочий осуществляет передвижку конвейера на новую дорогу, с отставанием от комбайна на 15 – 20 метров.

    На  концевых участках лавы осуществляется зарубка косыми заездами комбайна в  пласт. Конвейерный  став, передвигаясь к забою, дает прижимное усилие комбайна  работающего с его рамы, комбайн осуществляет зарубку. Зарубка при этом сопровождается подъемом и опусканием шнеков и изменением положения комбайна вдоль продольной оси става.

    По  окончании зарубки начинается отбойка  угля. Концевой участок закрепляют крепью. Таким образом, отсутствие и  простота зарубки позволяет сократить время концевых операций.

    При образовании куполов в кровле пустоты должны обязательно закладываться.

    Извлечение  крепи из вентиляционного штрека осуществляется под руководством старшего рабочего в следующем порядке:

• производится осмотр рабочего места, освобождается тупик от посторонних материалов;
• к стойке крепи присоединяют трос лебедки, проверяя надежность крепления;
• включением лебедки, выдергивают стойку крепи;
• осуществляют движку крепи верхнего сопряжения после зарубки комбайна, также производится разбор лебедки, противопожарного става, рельсовых путей.

        На  конвейерном  штреке производят  укрепление  крепи   выработки,  установкой дополнительных стоек  под верхнями крепи. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5.Производственные  процессы, выполняемые  на сопряжениях  лавы с подготовительными  выработками. 

    Крепление сопряжений конвейерного и вентиляционного  штрека с лавой осуществляется стандартной крепью входящий в состав комплекса типа ОКП70Б. В качестве дополнительной крепи на конвейерном штреке, с целью обеспечения поддержания кровли при передвижки механизированной крепи и предотвращения раздавливания крепи штрека, устанавливают ряд стоек, а под верхнями подбивают дополнительные стойки.

    Крепь сопряжения состоит из опережающей  и отстающей секции. Опережающая  четырех стоечная секция поддерживает кровлю, через боковые верхняки, соединены между собой рессорами. Отстающая двухстоечная с одним верхняком стал для размещения на ней головки забойного конвейера с механизмом для ступенчатой регулировки её высот, а также регулирования по углу падения пласта. Предусмотрены гидродомкраты для регулирования положения головки конвейера по ширине выработки.  

    Перемещение секций осуществляется поочередно, с  поочередной разгрузкой секций, специальным гидроблическим механизмом, подтягивающим крепь к упорной стойке с помощью цепи.

    Питание крепи осуществляется от насосной станции  очистного комплекса СНУ.

    Штрековое оборудование комплекса: станция и  пусковая аппаратура монтируется на специальных площадках, расположенных под ставом скребкового перегружателя.

    Насосные  станции СНУ располагаются на рельсовых путях впереди лавы возле электропоезда.

    При передвижке перегружателя и энергопоезда во время укорачивания ленточного конвейера по штреку работу по  выемке угля прекращаются, конвейер должен быть не под грузом, небольшая сеть в этом случае должна быть расправлена и находится в свободном состоянии для предотвращения её порыва и повреждении при передвижки перегружателя. 

    Все работы по передвижки энергопоезда ведутся  в ремонтную смену. Сначала разбирается и укорачивается став ленточного конвейера, затем происходит натяжение ленты при помощи телескопа, затем подтягивается перегружатель вместе с энергопоездом. Для предотвращения съезжания перегружателя с его дороги устанавливают распор в горизонтальной плоскости.  На сопряжении лавы с конвейерным штреком выполняют следующие операции: вывод комбайна на новый захват, передвижка приводной головки конвейера, передвижка скребкового перегружателя, энергопоезда и маслостанции, укорачивание рельсовых путей и ленточного конвейера, перенос труб, перестановка секции крепи сопряжения. 
 
 
 
 

    6.Организяция  работ в очистном  забое 

    Режим работы шахты в соответствии с  “Нормами технического проектирования угольных и сланцевых шахт”:

• число рабочих дней в году  -  300;
• число рабочих смен по добычи в сутки – 3;
• число ремонтно-подготовительных смен в сутки  – 1;
• продолжительность рабочей смены на подземных работах – 6 часов;
• продолжительность рабочей смены на поверхности – 8 часов;
• число рабочих в смену по добыче угля в очистном забое – 7-8;
• работа в лавах ведется комплексными бригадами.

    6.1.Расчет  рабочей скорости  подачи комбайна 

    Расчет  рабочей скорости подачи комбайна по установленной мощности приводов:

    где     N_уст – устойчивая мощность электродвигателя комбайна, кВт;

              U_э -  удельные энергозатраты на разрушение угля, кВт-ч/т;

              m – вынимаемая мощность пласта, м;

              r – ширина захвата исполнительного органа, м;

              k_r – коэффициент использования захвата;

              γ – плотность горной массы  т/м³;

    Удельные  энергозатраты по разрушению угля определяется по формуле:

    где     А_р–средневзвешенная сопротивляемость пласта резанию, Н/см;

    Определяем  скорость подачи комбайна по скорости крепления очистного забоя:

    где      l_c – шаг установки секции крепи, м;

               t_кр – теоретическое время одной передвижки секции крепи на ширину захвата комбайна, сек;

               к_пз – коэффициент, учитывающий затраты времени на подготовительно-заключительные операции между передвижками секции. 

    6.2.Расчет  производительности  комбайна по выбранной рабочей скорости подачи. 

    Производительность  комбайна по скорости подачи определяется по формуле:

    где     V_п – скорость подачи комбайна м/мин. 

    6.3.Расчет  коэффициента машинного  времени. 

    Сменный коэффициент машинного времени  определяется по формуле:

    где    μ₁ – коэффициент готовности очистного забоя по группе последовательных перерывов (возникающих только при работе комбайна).

             Μ _II – коэффициент готовности очистного забоя по группе параллельных перерывов.

             K – коэффициент, значения которого определяется из соотношения:

    Коэффициент готовности очистного забоя по группе последовательных перерывов определяется по формуле

    где    q – производительность комбайна расчетная, м/мин;

              Т_техн -  суммарные затраты времени на не перекрываемые технологические перерывы, приходящиеся на выемку одной полосы угля, мин;

              l_л – длина лавы, м;

          μ_к – коэффициент готовности комбайна;

          μ_кр -  коэффициент готовности крепи;

          μ_к.у. – коэффициент готовности участковой конвейерной линии;

          μ_п.кр. – коэффициент готовности процесса крепления за комбайном;

          μ_уб – коэффициент готовности участкового бункера;

          μ_оп – коэффициент готовности подачи порожняка;

          μ_пп – коэффициент готовности погрузочного пункта;

          μ_пр – коэффициент готовности процесса проветривания. 
 

    Затраты времени на неперекрываемые технологические  перерывы могут быть определены по формуле:

    где     t_всп – нормативные затраты времени на вспомогательные операции;

              t_обм – нормативные затраты времени на обмен партии вагонеток у погрузочного пункта, мин/м;

              Т_зач – затраты времени на зачистку лавы, мин;

    где    V_п.доп – технически допустимая скорость подачи комбайна;

              Т_пр – затраты времени на выполнение работ, прерывающих выемку угля и связанных со сложными горно-геологическими условиями, мин;

              Т_о.кр – продолжительность ожидания крепления лавы, мин;

              Т_к.о. – средняя продолжительность концевых операций при выемке одной полосы, мин.

    где     Т_пк – время передвижки конвейера, не совмещенное со временем выемки угля, мин;  

               Т_пи – затраты времени на изменение положения исполнительного органа в процессе выхода на новый захват, мин;

          Т_пп – затраты времени на перемонтаж погрузочного устройства;

          Т_рев – время на реверсирование электродвигателя комбайна при выходе на новый захват, мин;

          Т_кр – время крепления концевой части лавы, мин;

          Т_всп – время несовмещенных операций для подготовки собственно комбайна для выполнения нового цикла, мин.

    Коэффициент  готовности очистного забоя по группе параллельных перерывов рассчитывается по формуле:

    где     Т_пз –суммарные нормативные затраты времени на выполнение подготовительно-заключительных операций, мин;

          Т_см – длительность добычной смены, мин;

          μ_с.э.- коэффициент готовности системы электроснабжения;

          μ_с.к, μ_с.с, μ_с.в. –коэффициент готовности сопряжений очистной выработки соответственно с транспортной, средней  и вентиляционной выработками;

                μ_с.б. – коэффициент готовности очистного забоя по фактору «отказы на сборных транспортных линиях»;

               μ_к.б. – коэффициент готовности по фактору «переполнение капитального бункера».

    Для современных условий  коэффициент  машинного времени на много выше, чем полученный по формуле. Поэтому  для комплекса ОКП70Б  принимаем его равным 0,5. 

    6.4.Проверка  нагрузки на очистной  забойпо газовому  фактору. 

    Суточная  нагрузка на очистной забой с учетом газового фактора определяется по формуле:

    где j – расчетная производительность выемочной машины по газовому фактору, т/мин;

    где     V_max – максимально допустимая ПБ скорость движения воздуха в   очистной выработке, V_max=4 м/с;

               S_очр – расчетная площадь поперечного сечения призабойного пространства очистной выработки, м²;

              С – допустимая концентрация  метана в исходящей вентиляционной струе лавы, %;

              к_р^в – коэффициент резерва воздуха для проветривания очистного забоя, определяется по формуле: