Система разработки горно-геологического пласта

1. Краткая горно-геологическая  характеристика пласта.

К разработке принята бремсберговая часть  пласта, мощностью 1,3-1,7м. Залегание пологое, угол падения составляет 5⁰. Коэффициент крепости угля по шкале  Протодьяконова М.М. равен 1,05. Сопротивляемость угля резанию 210 кН/м, объемный вес угля γ_у=1,1 т/м³. Метанообильность пласта 5м³/т. Предварительная дегазация пласта не требуется. Пласт не склонный к самовозгоранию и газодинамическим явлениям, геологические нарушения отсутствуют.

Кровля  трудноуправляемая. Индекс кровли 3.3.1. Состоит из неустойчивой непосредственной кровли и легкой основной кровли. Неустойчивая непосредственная кровля обрушается при обнажении более 5м. От 5÷20 м сохраняет устойчивость 5-30 минут. Крепление должно производиться сразу за исполнительным органом комбайна или с отставанием не более 5 м. При работе комбайна с расположением исполнительного органа впереди, участок над комбайном и около него должен быть закреплен. Состав пород кровли: тонкослоистые, трещиноватые аргилиты, алевролиты, глинистые сланцы, песчанистые сланцы с толщиной слоев менее 0,3м. прочность при сжатии 20÷40 МПа. Мощность непосредственной кровли m_н.к=3м. Плотность пород γ_н.к.=2,1т/м³. В лавах с неустойчивой кровлей следует применять крепи оградительно-поддерживающего типа.

Легкообрушающаюся основная кровля обрушается вслед за подвиганием крепи с зависанием не более 2 м. Периодических осадков не наблюдается. В состав кровли входит сравнительно однородные слои-это тонкослоистые слабые аргилиты, алевролиты или пески общей мощностью (6÷7)m, толщиной слоев до 0,3 м. прочность при сжатии до 40 МПа. Почва боковых пород средней устойчивости. 

2. Система разработки и ее параметры.

Выбор системы разработки производится по принципу соответствия ее главнейшим геологическим и горнотехническим условиям разработки пласта, оговоренных  заданием, с учетом факторов достигнутых  технико-экономических показателей. В соответствии с заданием для курсового проекта принята система разработки длинными столбами по простиранию бремсбергового поля с сохранением конвейерного штрека для повторного использования, оформляемого позади очистного забоя (рис.1). 
 
 
 
 
 
 

Рис.1 Система разработки длинными столбами по простиранию бремсбергового поля с сохранением конвейерного штрека.

Форму поперечного сечения штрека следует принимать преимущественно прямоугольную или трапецивидную. Выработки оформляемые позади очистного забоя, т.е. конвейерный штрек,  сохраняется с восстановлением крепи. Выработки, оформляемые позади лавы располагаются при устойчивых и средней устойчивости кровлях между массивом угля и выработанным  пространством, при неустойчивых и устойчивых кровлях между массивом угля и охранной полосой угля (целиком от 2 до 4м). Для охраны повторно используемых выработок при отработке лав рекомендуется применять в качестве средств охраны литые полосы из твердеющих материалов при мощности пластов до 2,5 м и угле падения до 18⁰ или устанавливать органный ряд крепи. Если основная кровля любой обрушаемости, почва по склонности к пучению с Ω< 0,55,то основная крепь, при этом способе, податливая рамная с прямолинейными верхняками. При непосредственной кровле  средней устойчивости применяется вспомогательная анкерная крепь. Крепь усиления впереди очистного забоя устанавливается на расстоянии от 6 до 20м из податливых гидравлических стоек или клиновых металлических. Выработка охраняется со стороны обрушенных пород литой полосой из твердеющих материалов шириной 0,7·m при легкообрушаемых кровлях; 1·m при среднеобрушаемых кровлях; 1,2·m при труднообрушаемой основной кровле, но не менее 1 метра. Литая полоса возводится от контура выработки на расстоянии не менее высоты нижней подрывки. Мероприятия по борьбе с пучением почвы проводятся при Ω=0,35-0,55. Кроме литых полос можно устанавливать двойную или одинарную органную крепь. Могут устанавливаться костры или тумбы из сборных блоков. Окончательный выбор этих тумб осуществляется исходя из хозяйственной возможности. При охране штрека и сохранения для повторного использования устанавливается один ряд органной крепи при мощности до 3,5 м, углах падения до 18 ⁰, устойчивой непосредственной кровле или средней устойчивости, легкообрушаемой основной кровли и склонности почвы к пучению с Ω=0,55. Основная крепь выработки должна быть податливая, рамная, с прямолинейными верхняками.  Вспомогательную крепь можно применять анкерную при непосредственной кровле средней устойчивости. Впереди и позади лавы устанавливается крепь усиления из гидро- или клиновых стоек. Впереди до 20 м, позади до 60 м по середине штрека под верхняк.  Способ охраны штрека с помощью установки двойного органного ряда, при мощности до 3,5 м, α до 18⁰, непосредственная кровля устойчивая и средней устойчивости, основная кровля любой обрушаемости, при Ω менее 0,55. Основная крепь прямоугольной формы, рамная металлическая. Крепь усиления устанавливается из податливых гидравлических стоек или клиновых, так же на расстоянии впереди лавы до 20м, позади до 60м. Вспомогательная крепь может приниматься анкерная при кровлях средней устойчивости. При легко и среднеобрушаемой кровле штрек охраняется двумя рядами деревянной органной крепи, а при труднообрушаемой основной кровле в один ряд устанавливаются тумбы из сборных блоков при мощности пласта до 1,5 м или 2-3 ряда органной крепи при мощности 1,5-3,5м. Мероприятия по борьбе с пучением почвы при Ω=0,35-0,55.

Схема проветривания. При отработке бремсберговых полей по бесцеликовой технологии отработки должно быть 2 выхода из очистного забоя по сохраняемой выработке: один на фланг, другой в середину выемочного поля. Проветривание осуществляется по бремсберговой схеме (снизу вверх). Для этого проводят в нижней части бремсбергового поля воздухоподающий штрек, который соединен с центральными и фланговым бремсбергом. Очистной забой проветривается с воздухоподающего штрека на путевой и людской ходок. С путевого ходка воздух подается в подготовительных забой, по диагональной печи на вентиляционный штрек через фланговый бремсберг на поверхность. По людскому ходку свежий воздух через заезд поступает на конвейерных штрек в очистной забой. Исходящая струя из очистного забоя выходит по вентиляционному штреку на людской ходок и на поверхность. Часть воздуха проходит по сохраняемому штреку на фланговый бремсберг.

Схема транспортирования. Уголь из очистного забоя транспортируется на конвейерный штрек лавы через пункт перегруза на бремсберг, затем на основной конвейерный штрек через перегрузочный пункт.

Параметры системы разработки.

При панельной подготовке пласта и системе разработки длинными столбами  по простиранию длина лавы составляет 200 м, длину столба рекомендуется выбирать при большом по простиранию шахтном поле по ресурсу механизированного комплекса и в зависимости от запасов угля в выемочном столбе. При ресурсе 1 млн. т угля, мощности пласта 1,7 м, длине лавы 200 м, плотности угля в массиве 1,1 т/м³ длина столба составит 2673 м.

К параметрам системы разработки относится сечения  подготовительных выработок, которые  необходимо определить по необходимому количеству воздуха для проветривания  лавы и размещению оборудования в  штреках. Сечения подготовительных выработок 3 м². 

3. Технология  и механизация  очистных работ.

3.1. Технология очистных работ.

Средняя мощность пласта составляет 1,5 м, поэтому  выемка угля осуществляется по челноковой схеме. При челноковой схеме работы комбайна в начальный период комбайн находится внизу лавы. После замозарубки в пласт, начинает выемку полосы угля снизу вверх на ширину захватов шнеков (0,63 м или 0,8 м в зависимости от типа комбайна). В этом положении передний шнек поднят до кровли, а задний шнек по ходу комбайна опущен до почвы. Машинист следит за положением шнека при управлении комбайном и регулирует высоту в соответствии с мощностью пласта. Помощник машиниста комбайна передвигается по лаве вслед за выемкой на расстоянии местонахождения петли траковой цепи. В это время, кроме комбайна, должен работать забойный скребковый конвейер, осуществляющий доставку угля. Устройство блокировки не запустит комбайн, пока не включится конвейер. Машинист крепи передвигает секции крепи вслед за выемкой с отставанием не более 5 м. Остальные рабочие находятся на сопряжениях. На верхнем сопряжении вентиляционного штрека с лавой работает один горнорабочий, он следит за концевой головкой лавного конвейера, за состоянием кровли, устанавливает опережающую крепь усиления на вентиляционном штреке впереди забоя на величину, установленную паспортом крепления. Крепь усиления возводиться из гидравлических стоек ГС на 15 м впереди забоя. После выемки полосы угля и самозарубки комбайна в пласт на верхнем сопряжении начинается выемка угля сверху вниз. Горнорабочий верхнего сопряжения передвигает концевую головку лавного конвейера вплотную к забою. На нижнем сопряжении работают 2 горнорабочих, они следят за погрузкой угля из лавы на перегружатель, занимаются передвижкой энергопоезда, перегружателя, установкой опережающей крепи усиления. Звеньевой работает в тех местах лавы, где необходима помощь и занимается передвижкой крепи сопряжения.

Основные  принципы выбора механизированных крепей. В очистных забоях должны применяться гидрофицированные, механизированные крепи, за исключением усилений. Выбор механизированной крепи нужно производить по тому диапазону вынимаемой мощности, в которой попадает максимально потребная для данного очистного забоя высота крепи. При выборе механизированной крепи по сопротивлению следует исходить из того, что серийные механизированные крепи удовлетворяют условиям очистных забоев с легкой и средней кровлями. В очистных забоях с тяжелой кровлей применяются механизированные крепи без повышенного сопротивления, возможно в сочетании с предварительным разупрочнением кровли на всем протяжении отработки выемочного столба или для обеспечения первой посадки основной кровли. По мере создания механизированной крепи с повышенным сопротивлением в очистном забое с трудноуправляемой кровлей, при среднеустойчивой и устойчивой непосредственных кровлях из прочной почвы не допускается вдавливание в нее основной кровли. В очистном забое с трудноуправляемой тяжелой кровлей, при весьма неустойчивой и устойчивой непосредственной кровле или при наличии слабой почвы должны применятся механизированные крепи с сопротивлением в сочетании с разупрочнением кровли. В лавах с неустойчивой кровлей следует применять крепи оградительно-поддерживающего типа.

Выбор типоразмера механизированной крепи следует производить из следующих условий:

Н_min≤m_min(1-αℓ_з)-d

Н_max≥m_max(1-αℓ_п),

где Н_min-минимальная конструктивная высота крепи, м

m_min-минимальная вынимаемая мощность угольного пласта, м

m_max-максимальная вынимаемая мощность угольного пласта, м

α-коэффициент сближения боковых пород (0,05 для Кузбасса)

ℓ_з-наибольшее расстояние от забоя до задней стойки, м

d-запас раздвижности гидростоек на разгрузку (при m>1м, d≥0,05м)

ℓ_п-наименьшее расстояние от забоя до передней стойки.

При эксплуатации механизированной крепи необходимо контролировать специальным шаблоном запас раздвижности гидростоек на нагрузку. Механизированная крепь в очистном забое применяется в сочетании с механизированной крепью сопряжений очистного забоя с подготовительными выработками. Штрековая крепь сопряжений находится в створе с поддерживающим пространством очистного забоя.

3.2. Выбор средств механизации крепления, выемки угля, транспортирования, вспомогательного оборудования.

3.2.1. Выбор выемочной машины.

По мощности пласта и максимальной производительности был выбран очистной комбайн MB 290Е. Основные технические параметры очистного комбайна MB 290Е приведены в табл.1. Очистной комбайн МB12 предназначен для двухсторонней безнишевой добычи угля в лавах с пропластками крепости 60 МПа и с наклоном по простиранию до ± 35° и по падению до ± 20°. Этот очистной комбайн оснащен бесцепной подачей с автоматическим регулированием полупроводниковым преобразователем частоты в зависимости от крепости добываемого угля. У комбайна два механизма подачи с магнитными тормозами, что обеспечивает безопасное передвижение комбайна по скребковому конвейеру с различными типами горизонтальных элементов, например, таких как, Эйкотрейк или Ходотрейк. В поворотных редукторах комбайна помещены электродвигатели - приводы исполнительных органов.  Комбайны MB12 удовлетворяют требования взрыво- и искробезопасности, то есть позволено их применять в среде опасной взрывом метановоздушной смеси. Климатическое исполнение комбайна включительно принадлежностей обеспечивает его безаварийную эксплуатацию в среде с повышенным содержанием угольной пыли, с повышенной относительной влажностью и температурой, а также в присутствии агрессивной шахтной воды.

Управление  очистного комбайна можно производить  с пульта, помещенного на его корпусе, или дистанционно с помощью беспроволочной системы управления. Преимуществом  настоящего комбайна является его малая  длина, простой монтаж и повышенная жесткость, что достигнуто размещением основных узлов комбайна в моноблочном корпусе. 
 

Таблица 1

Основные  технические параметры очистного комбайна MB 290Е.

3.2.2. Выбор типа крепи.

В соответствии с горнотехническими и геологическими условиями: мощности пласта 1,3-1,7 м, кровле с индексом 3.3.1 для крепления очистного забоя выбрана механизированная крепь "MVPO 2800". Основные технические параметры механизированной крепи "MVPO 2800" приведены в табл.2.

Типоразмер  крепи:

ℓ_з=0,8+0,7+1=2,5 м

 ℓ_п=0,7+0,8=1,5м

Н_min≤1,3(1-0,05·2,5)-0,05=1,1м

Н_max≥1,7(1-0,05·1,5)-0,05=1,5м

Минимальная высота секции 0,7м (0,7<1,1); максимальная высота секции 2,1м (2,1>1,5), следовательно, механизированная крепь "MVPO 2800" соответствует горнотехническим и геологическим условиям.

Механизированная  крепь "MVPO 2800" является одним из типов поддерживающе-оградительной  двухстоечной крепи для поддержания пространства после выемки угля в пластах тонкой и средней мощности, которые плоско положены при системе выемки на завал. Крепь подходит для крепления пластов с малопрочной кровлей и обеспечивает хорошее перекрытие кровли. Этот тип крепи поставляется для комбайновых и струговых забоев. Эта крепь спроектирована согласно мировых стандартов для подземной добычи, по всем европейским нормам и Правилам техники безопасности. Крепь "MVPO 2800" работает в диапазонах по высоте пласта 0,7 - 2,1 м или 0,9 - 2,4 м. Она оснащена телескопическими стойками двойного действия с возможностью монтажа противсотрясающих клапанов. Отличается хорошим перекрытием кровли и может быть дополнена прочным, наклоняемым или выдвижным подверхняком. Основная рама поставляется вместе с устройством для наклона при перемещении секции. Крепи оснащены боковыми гидравлическими стабилизационными цилиндрами для требуемой установки секции в добываемом забое в зависимости от изменений уклонов. Управление отдельных секций гидравлическое, может быть или с полным стоком гидравлической жидкости или с импульсным с помощью многоканалого шланга с легким управлением. Это решение очень экономное для малого пространства, что является выгодным при добыче пластов тонкой мощности. Отдельные части крепи спроектированы компютерным методом. Все сваренные части крепи изготовлены из обычного металла, который прочностью гарантирует безперерывную эксплуатацию этих частей.

Таблица 2

Основные  технические параметры механизированной крепи "MVPO 2800".

3.2.3. Выбор забойного  конвейера.

Для транспортировки  угля из очистного забоя к установке  принят скребковый забойный конвейер типа СЗК 228. Основные технические параметры скребкового забойного конвейера СЗК 228 приведены в табл.3. Скребковый забойный конвейер этой конструкции был создан для работы в сложных геологических условиях. Конвейеры СЗК 228 былы разработаны специально для пластов от мощности 0,8 до 2,5 метра. Конвейер имеет номинальную производительность, в зависимости от скорости движения транспортной цепы и исполнению конвейера (ширина конвейера 732, 800 или 832 мм). Примененные абразивостойчивые материалы, а так же, "Е" профиль новой конструкции, повышают гарантийный срок на уровень 3 млн. отгруженных тонн угля. Надежность конвейера особенно повышается массивным соединением рештаков с допускаемой нагрузкой в пределах 2000 кН, применением специальной транспортной цепи для особо тяжелых условий и кованных скребков.

Таблица 3

Основные  технические параметры скребкового

забойного конвейера СЗК 228.

3.2.4. Выбор вспомогательного оборудования.

Дробилки  угля типоряда DU состоят из основных частей (входной, средний и выходной рештаки, входной, средний и выходной шкафы, крышка среднего шкафа, дробящий барабан, привод, маховик с фрикционной муфтой, чехол привода, орошение и средства автоматизации) с горизонтально расположенным дробящим барабаном. На оси дробящего барабана расположены четыре диска с дробящими молотками. Оборудование приводится в движение электродвигателем и посредством комплекса клиновых ремней приводится в движение массивный маховик, обеспечивающий соответствующий крутящий момент для дробления отбитой массы. Автоматическое управление дробилкой обеспечивает её стыковку с режимом работы конвейера и орошением, а также безопасность её эксплуатации и защиту от повреждения. Дробилка устанавливается на раме перегружателя ПСП-26.

Основные  технические параметры дробилки DU:

• Пропускная способность: 600 - 2 000 м³/ч (в зависимости от типа)
• Для конвейеров ширины: 800 - 1 100 мм (в зависимости от типа).

Технические данные на перегружатель типа ПСП-26:

• Длина в поставке 44-100 м.
• Максимальная производительность 690 т/ч.
• Мощность электродвигателя 110;160 кВт.

С помощью  согласующего устройства СУ (типа «Матильда») уголь, доставляемый из лавы скребковым конвейером, перегружается на перегружатель ПСП-26 и далее через согласующее устройство на ленточный конвейер.

Технические параметры для СУ:

• Диаметр барабана холостого 380 мм.
• Диаметр барабана амортизационного 200 мм.
• Ширина транспортной ленты 1200 мм.
• Номинальное давление гидросистемы 204 Бар.
• Масса СУ 13400 кг.

3.3. Расчет нагрузки на очистной забой.

Среднесуточная  нагрузка на очистной забой определяется по факторам, ограничивающим скорость подачи комбайна: сопротивляемость угля резанию, допустимое тяговое усилие подающей части комбайна, скорость крепления. Проверяется нагрузка на забой по газовому фактору. Из всех расчетных принимается наименьшая.

Норматив  суточной нагрузки на очистной забой  рассчитывается по нормативам, принятых на шахтах. В конкретных условиях величина норматива нагрузки на очистной забой (А, т/сут) определяется по формуле: 

где величина норматива нагрузки на очистной забой, приведенный в таблицах сборника нагрузок, т/сут;

- увеличение (уменьшение) норматива нагрузк  на 1 см изменения  вынимаемой мощности  пласта;

-увеличение (уменьшение) норматива  нагрузки на 1 м  изменения длины  забоя, т/сут;

  - длина очистного забоя и вынимаемая мощность пласта, для которых норматив нагрузки приведен в таблицах сборника, м

 и  -конкретные условия, для которых определяется норматив нагрузки, м

- поправочный  коэффициент, равный производительности  поправочных коэффициентов на  режим работы, объемный вес угля, ухудшение горно-геологических условий,  разубоживание, вязко пластичность  добываемых углей;

100-коэффициент, учитывающий перевод мощности пласта из метров в сантиметры.

При использовании  настоящих нормативов длина очистного  забоя и вынимаемая мощность пласта принимаются по маркшейдерским данным. 
 
 

• -поправочный  коэффициент на  режим работы:

где -продолжительность добычной смены, мин;

-число  добычных смен  в сутки, принимается  .

• - поправочный коэффициент на объемный вес угля:

где γ-фактический объемный вес угля, т/м³, при расчете нормативной нагрузки принят-1,3т/м³.

• - поправочный коэффициент на неустойчивую кровлю. При неустойчивой кровле  к нормативам нагрузок применять =0,8.
• - поправочный коэффициент на разубоживание:

• К_под- поправочный коэффициент на подвигание лавы за цикл:

где r_ф - фактическая ширина захвата исполнительного органа, м.

• К_всп –коэффициент на пластичность угля:

для хрупкого угля К_всп=1

• К_геол.- поправочный коэффициент на сложные горно-геологические условия ведения очистных работ.

,

  = 0,81

7.1) К_р.н. - коэффициент, учитывающий работу лавы в зоне разрывного горно-геологического нарушения: 

где L_л - длина очистного забоя, м;

L_н - длина нарушения, м;

п - амплитуда нарушения, м;

т - мощность пласта, м

7.2) К_п.л. - коэффициент, учитывающий работу очистного забоя в зоне пластового геологического нарушения (утонения, размывы пласта):

К_п.л.=1

7.3) К_т.кр.  - коэффициент, учитывающий работу лавы с труднообрушаемой кровлей:

К_т.кр.  =1

7.4) К_пол - коэффициент, учитывающий выкладку костров в полостях непосредственно кровли, образующихся в зоне выемки над секциями крепи при неустойчивых кровлях:

К_пол=1

7.5) К_обв - коэффициент, учитывающий обводненность очистного забоя:

К_обв=0,95

7.6) К_зат - коэффициент, учитывающий затяжку неустойчивой кровли по всей длине лавы между грудью забоя и перекрытиями секции крепи: