Технология разработки месторождений полезных ископаемых

1 ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ШАХТЫ

1.1 Промышленные запасы шахтного  поля

В исходных данных отсутствуют сведения о форме шахтного поля, наличии  горно-геологических нарушений и  забалансовых запасов. Поэтому принимаем  шахтное поле прямоугольной формы, а забалансовые запасы -равными нулю.

Промышленные запасы шахтного поля определяются по формуле:

Q_пр = S·H·∑m· γ·c, млн. т.,

где С – коэффициент извлечения (0,9);

S – размеры шахтного поля по простиранию;

Н – размеры шахтного поля по падению;

γ - объёмный вес полезного ископаемого, т/м³.

Согласно исходным данным S=7600 H=3000

m₁=1.45 m₂=1.8 y=1.45  т/м³   для обоих пластов. Рассматриваются пологие пласты средней мощности, Поэтому c=0.9. Тогда

Q_пр = 3000·7600·1,45(1,45+1,8)· 0,9 = 95,4.млн т.

Определение годовой мощности и  срока службы шахты

Чем больше промышленные запасы, тем  больше принимается годовая мощность щахты. Для получения минимальной  себестоимости 1т угля и наиболее высоких технико-экономических показателей  проектируемой щахты необходимо выдержать рекомендуемые нормали  технологического проектирования, соотношения  между мощностью и сроком службы шахты.

Полный срок службы шахты определяется по формуле:

,

Где  Tm- срок службы шахты

Q_пр -промышленные запасы

Ar-годовая мощность шахты

t_p, t₃- время на развитие и затухание добычи

Анализируем полученные результаты. При Ar=1.8 млн.т срок службы шахты должен быть в пределах 50-60 лет. По расчету 59 лет.

Окончательно принимаем Ar=1.8 млн.т и Tm=59 лет. Суточная добыча шахты составит:

 А_с = 1,8 • 10^б/300 = 6000 т.

Типа шахты

Рассматривается шахтное поле с размерами S=7,6 и Н = 3,0 км при относительном метановыделении q = 20 м³/т.с.д. Согласно ПТЭ [2] при S > 6 км и q>10 м³/т.c.д принимается блоковый тип шахты. Исходя из вышесказанного, принимается блоковый тип шахты.

Размер блока  по простиранию S_бл принимается до 4 км, а суточная добыча из блока - A_бл =3-5 тыс.т. Исходя из размеров шахтного поля и блока, количество блоков в шахтном поле по простиранию равно 3.

Исходя из суточной добычи шахты и рекомендуемой  добычи из блока, количество одновременно отрабатываемых блоков равно

 n_бл =А_сут/А_бл= 6000/(3000 - 5000)=2-1.2

Принимается n_бл = 2.

Таким образом, для обеспечения суточной добычи шахты необходима иметь одновременно в работе два блока.

2. ВЫБОР СХЕМЫ ВСКРЫТИЯ  ШАХТНОГО ПОЛЯ

Согласно исходным данным рассматриваются два пласта, залегающие под углом падения, равным 16°. Следовательно, рассматривается пологое падение. Расстояние между пластами по нормали равно 60 м.

В данных условиях вскрытие шахтного поля возможно вертикальными  стволами с квершлагами в качестве дополнительных вскрывающих выработок.

Одногоризонтная схема вскрытия вертикальными центрально-сдвоенными стволами и капитальным квершлагом применяется при размерах шахтного поля по падению до 2-2,5 км. Размер шахтного поля по падению составляет 3,0 км. Поэтому одногоризонтная схемы вскрытия для данных условий не приемлема.

В данных условиях возможно применить вскрытие шахтного поля вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами

Необходимо решить вопрос о количестве выемочных ступеней и транспортных (подъемных) горизонтов. Согласно НТП [2] при панельном и этажном способах подготовки шахтного поля размер по падению бремсберговой части Н_бр принимается 1000+1500 м, а уклонной Н_укл. - 800+1200м. При по- горизонтном способе подготовки при благоприятных горно-геологических условиях Н_бр и Н_укл. может достигать 1200... 1500 м на пластах средней мощностии 800+1200 м на тонких и мощных пластах.

Правила технической эксплуатации угольных шахт при больших запасах и сроке службы шахты более 50-60 лет предусматривают применение схемы вскрытия шахтного поля вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами.

В уклонной части шахтного поля по сравнению с бремсберговой  ухудшается проветривание горных выработок, увеличиваются затраты на транспорт, водоотлив и поддержание горных выработок.

С учетом вышеприведенного, а также размера шахтного поля по падению, равного 3000м, принимаем решение о делении шахтного поля по падению на три выемочных ступени. При этом будет два транспортных горизонта. На первом горизонте будет только бремсберговая, а на втором - бремсберговая и уклонная выемочные ступени. Далее необходимо определить размер выемочных ступеней по падению.

Предпочтение необходимо отдать варианту, отвечающему требованиям  о минимальных капитальных затратах и времени на строительство шахты, а также о минимальных затратах за весь срок работы шахты.

Из вышеприведенных таким  является вариант с Н_бр1гор =1200 м,

Н_бр2гор = 1200 м и Н_{укл2гор} = 600 м.

Глубина первого транспортного (подъемного) горизонта определяется по формуле

H_Iгор= H_пр +H_6pIrop sina,

где: H_пр = 300 м - начальная глубина работ;

а = 16° - угол падения пластов.

Н_1гор = 300 +1200 • 0,2879 = 645 м.

Глубина второго транспортного  горизонта составляет

H_IIгор= H_Iпр +H_бpIIrop sinaα.=431,+1200 0,2879=990

Нижняя техническая граница  шахтного поля находится на глубине 

H_нтг =h_нр+Н sinα,

где: Н = 3000м - размер шахтного поля по падению. H_нтг = 300 + 3000 • 0,2879 = 1164м.

Необходимо отметить, что  эти размеры ориентировочны. Они будут уточнены после определения высоты яруса (этажа) и их количества, выбора способа охраны главных (магистральных) штреков.

3. ВЫБОР СПОСОБА ПОДГОТОВКИ  ШАХТНОГО ПОЛЯ 

Вычерчивается этажный способ подготовки шахтного поля  При этом шахтное поле по падению в соответствии с принятой схемой вскрытия делится  на три выемочных ступени. Отмечается, что он применяется при индивидуальном типе шахты и при S < 4-5 км. В данном случае принят блоковый тип шахты, тле. S = 7,6 км.

Вычерчивается погоризонтный  способ подготовки шахтного поля также с делением шахтного поля по падению на три выемочных ступени. Рассматривается схема проветривания очистного забоя в бремсберговых и уклонной частях шахтного поля, а также схема транспорта угля из них. Отмечаются его преимущества и недостатки по сравнению с этажным способом.

Отмечается, что погоризонтный  способ подготовки шахтного поля применяется при угле падения пластов до 10°. А в условии задан а=16°. В связи с этим погоризонтный способ подготовки также не может быть применим в заданных условиях.

Рассматривается панельный  способ подготовки шахтного поля в  сочетании со схемой вскрытия вертикальными стволами и погоризонтными квершлагами

Согласно НТП S_n < 2,5-3 км. Тогда число панелей в шахтном поле по простиранию равно:

n_n = 7,6/ (2,5- 3)=3,04- 2,5 Принимаем n_n =3.

4. ВЫБОР СИСТЕМЫ  РАЗРАБОТКИ ПЛАСТА 

Согласно исходным данным необходимо выбрать систему  разработки дня пласта Непосредственная кровля пласта представлена глинистым  сланцем, мощностью 1 м с коэффициентом крепости по шкале Протодьяконова f = 3. Основная кровля - песчаным сланцем мощностью 8 м и f= 5. В непосредственной почве залегает песчаный сланец мощностью 6 м с f= 1,3. Относительная газообильность пласта составляет 20 м³/т. Приток воды в лаву незначительный - 6 м³ч.

Угольный пласт  не склонен к самовозгоранию и  не опасен по внезапным выбросам угля и газа.

Система разработки - это определенный порядок ведения  очистных и подготовительных горных работ, выполняемых в определенной последовательности в пространстве и во времени, с учетом схемы проветривания выемочного участка.

Расстояние между  пластами по нормали составляет 60 м. Поэтому они не группируются.

Угол падения  пласта равен 16°. В связи с этим отработка лав возможна только по простиранию.

Согласно задания  начальная глубина работ составляет 300 м. Глубина первого транспортного (подъемного) горизонта равна 645 м

Непосредственная  кровля с f = 5 и непосредственная почва пласта с f = 6,0 для глубин разработки до 800 м относится к средней прочности Согласно вмещающие породы можно отнести их к среднеустойчивым.

Сплошная система  разработки применяется при мощности пласта до 1,0-1,2 м. В данном случае пласт имеет мощность, равную 1,45 м. Поэтому нет смысла применять сплошную систему разработки.

Столбовая система  разработки принимается при мощности пласта более 1 м, при вмещающих породах не ниже средней устойчивости при любой глубине разработки. Она имеет целый ряд преимуществ перед сплошной системой разработки и может быть применена в данных условиях.

Комбинированную систему разработки «парные штреки»  не целесообразно применять в  заданных условиях, так как она  применяется при мощности пласта до 1,0-1,2 м.

Комбинированная система разработки с преобладанием  признаков сплошной имеет значительное преимущество по сравнению со сплошной, а именно - увеличение нагрузки на лаву по газовому фактору. Но она сохраняет  и основные недостатки сплошной системы - взаимное влияние очистных и подготовительных работ, невозможность доразведки и  дегазации разрабатываемого пласта и т.д. Кроме того она также  применяется при мощности пласта до 1,0-1,2 м. Поэтому применение ее в данных условиях не целесообразно.

В заданных условиях наряду со столбовой может применяться  комбинированная система разработки с преобладанием признаков столбовой с прямоточной схемой проветривания выемочного участка и подсвежением исходящей струи воздуха

Основным преимуществом  комбинированной системы разработки по сравнению со столбовой является прямоточная схема проветривания  выемочного участка с подсвежением исходящей струи воздуха. Она позволяет получить добычу из лавы на газовых шахтах в 1,5-2,5 раза больше, чем при столбовой системе разработки В заданных условиях это очень существенный фактор, так как относительное метановыделение составляет 20 м³/т, т.е. шахта относится к сверх категорийным.

Для обеспечения  прямоточной схемы проветривания  необходимо на границах панели по простиранию  проводить фланговые вентиляционные выработки. На первом транспортном горизонте (Н<500м) они могут проводиться как пластовыми и охраняться целиками угля, так и полевыми. А на втором - в связи с большой глубиной разработки - только полевыми,

Так как пласт не выбросоопасен, то принимаем нисходящую схему проветривания лавы. Угол падения пласта превышает 10°. Поэтому должны выполняться следующие требования ПБ

К лаве свежая струя воздуха  подводится по двум выработкам.

Скорость движения воздуха  по лаве не менее 1 м/с.

Дальнейшее движение исходящей  из лавы струи воздуха происходит по горизонтальным или восстающим выработкам (допускается движение исходящей струи воздуха вниз при угле наклона выработки более 10 градусов, если ее длина не превышает 30м).

Крепь выработок, по которым  идет исходящая струя воздуха, должна быть несгораемая.

По пути движения исходящей  струи воздуха не должно быть элекгро- потребителей (допускается установка  электропотребителей на исходящей струе при содержании метана в ней не более 0,5%).

Все эти требования выполнимы. Нисходящая схема проветривания  лавы по сравнению с восходящей позволяет  погашать вентиляционный штрек вслед  за продвижением лавы. Это приводит к значительному уменьшению затрат на поддержание выемочных штреков.

При комбинированной системе  разработки уменьшаются потери угля, так как отсутствуют межлавные  целики. Другие преимущества и недостатки столбовой системы разработки сохраняются и при комбинированной системе.

Окончательно принимается  комбинированная система разработки с преобладанием признаков столбовой с прямоточной схемой проветривания выемочного участка и подсвежением исходящей струи воздуха при нисходящей схеме проветривания лавы.

Далее рассматривается схема  проветривания выемочного участка, подготовительных тупиковых забоев и лебёдочных камер, а также схема транспорта угля от лавы до скипового ствола.

5. ВЫБОР МЕХАНИЗАЦИИ ОЧИСТНЫХ  РАБОТ 

Непосредственная кровля пласта (нижний слой кровли) представлена глинистым сланцем мощностью 1,0м с f =3. она относится к категориям Б₂

Для определения категории  пород кровли по обрушаемости необходимо рассчитать средневзвешенное значение коэффициента их крепости по формуле

где m₁ - мощность слоев на высоту, равную 6-8 кратной вынимаемой мощности пласта, м;

f₁ - коэффициент крепости I - го слоя пород. Принимаем ∑m₁ = 8 m₁= 8*1,45 = 11,6 м.

Тогда

f_cp= (8 • 3 + 2,4•5)/11,6 =3,1     . Принимаем f_cp =3

По обрушаемости породы кровли пласта относятся к категории А₁

Сопротивляемость пород  почвы на вдавливание определяется по формуле

σ_вд=(0,32-0,58)R_п,

где R_п - прочность на одноосное сжатие пород почвы пласта (первого слоя почвы), МПа.

R_п =10 f_п = 10 8=80 МПа

σ_вд = 0,5 • 80=40 МПа

Таким образом, выбираем механизированные крепи для m₁= 1,45 м; a=16°; кровли с Б₂, А₁ и почвы с σ_вд = 40 МПа. Выписываем типы комплексов, соответствующие категориям кровли по обрушаемости и устойчивости ее нижнего слоя (А₁, Б₂).

Крепи 2М87С и 2М88С работают со стругами. Объемный вес угля у=1,45 т/м³ и сопротивляемость угля резанию А=210 кН/м говорят о том, что угли коксующиеся или энергетические. Они при дальнейшем использовании (коксовании или сжигании) будут измельчаться. Поэтому для их добычи целесообразно применять комбайн. Струги следует применять при добыче полуантрацитов и антрацитов, так как чем больше выход крупных фракций, тем выше отпускная цена 1т. Таким образом, при дальнейшем рассмотрении крепи 2М87С и 1М88С не учитываются.

Подходящие по условиям применения типы механизированных комплексов: 1КМ103М, 1МКД90, 2МКД90, ЗМКД90, 2МКД90Т, ЗМКД90Т, 1КДЦ, 2КДД, 1КДТ, 2КДТ, КМ75Б, 1КМ85Б, 1УКП70,2УКП70.

Устанавливаем для категории пород по обрушаемости А₁ и m=1,45м минимально допустимые величины сопротивлений поддерживающей части Р=0,35 МПа, и посадочного ряда Р_пос =0,6 МН/м, механизированной крепи в зависимости от категории пород кровли по обрушаемости и средней мощности пласта.

Из установленных согласно п. 1 типов комплексов выписываем те, которые удовлетворяют требованиям по нагрузке на поддерживающую крепь и посадочный ряд механизированной крепи, т.е. те, которые удовлетворяют требованиям

Р'>Р  Р'_пос > Р_пос

где Р' и Р_пос - табличные значения соответственно сопротивления поддерживающей части (МПа) и посадочного ряда крепи Р'_пос (МН/м)

Этим условиям удовлетворяют  следующие типы комплексов: 1КМ103М,

1МКД90, 2МКД90, ЗМКД90, 2МКД90Т,  ЗМКД90Т, 1КДД, 2КДД, 1КДТ, 2КДТ, КМ75Б, 1КМ85Б, 1УКП70,2УКП70.

Из установленных согласно п. 3 типов комплексов выписываем те, которые соответствуют прочности пород на вдавливание, т.е. для которых соблюдается условие

σ '_вд < σ_вд =40 МПа,

 где σ_вд - табличное значение прочности пород почвы на вдавливание не менее, МПа

Этому условию удовлетворяют  следующие типы комплексов: 1КМ103М, 1МКД90, 2МКД90, ЗМКД90, 2МКД90Т, ЗМКД90Т, 1КДД, 2КДЦ, 1КДТ, 2КДТ, КМ75Б, 1КМ85Б, 1УКП70,2УКП70.

Из установленных согласно п. 4 типов комплексов выписываем те, которые соответствуют углу падения пласта при заданном направлении выемки, т.е. - для которых выполняется условие

а'>а_mах=16 град,

где а' - табличное значение угла падения пласта,

Направление выемки принимаю по простиранию пласта.

Этому условию удовлетворяют  следующие типы комплексов: 1КМ103М, 1МКД90, 2МКД90, ЗМКД90, 2МКД90Т, ЗМКД90Т, 1КДД, 2КДД, 1КДТ, 2КДТ, КМ75Б, 1КМ85Б, 1УКП70, 2УКП70.

6) Из установленных согласно  п. 5 типов комплексов по данным  табл. 2.1 [6] выписываем те, которые  соответствуют сопротивляемости  угля резании, т.е. те, для которых соблюдается условие

А'_р > А_р =210 кН/м,

где А'_р - табличное значение сопротивляемости пласта резанию, кН/м;

А_р - исходное значение сопротивляемости пласта резанию, кН/м.

Этому условию удовлетворяют  следующие типы комплексов: 1КМ103М, 1МКД90, 2МКД90, ЗМКД90, 2МКД90Т, ЗМКД90Т, 1КДД, 2КДД, 1КДТ, 2КДТ, КМ75Б, 1КМ85Б, 1УКП70,2УКП70.

7) Определяем минимально  допустимый шаг установки секции  механизированной крепи м, передвигающейся без подпора кровли, при котором не будут происходить расслоение и обрушение нижнего слоя кровли (во время передвижки секций).

l_c= 1,6В + 0,5Г,

где В - высота нижнего слоя пород кровли, м;

Г - среднее расстояние между  трещинами в нижнем слое кровли, м.

Для категории пород кровли по устойчивости – Б₂ В=0,01-0,5м,

Г=0,3-5м.

l_c =1,6*0,5 + 0,5*0,5 = 1,05 м.

Из установленных согласно п. 6 типов комплексов, выбираем крепи, которые передвигаются без подпора кровли, и без ее расслоения и обрушения пород кровли (во время передвижки секций крепи), то есть те, которые удовлетворяют условию l'_c  < l_c

Для всех приведенных в  п. 6 комплексов передвигаемых без  подпора кровли условие не выполняется.

Значит из п. 6 выписываем механизированные комплексы, секции крепи которых передвигаются с подпором кровли: 1КМ103М, 1МКД90, 2МКД90, ЗМКД90,2МКД90Т, ЗМКД90Т, 1КДД, 2КДД, 1КДТ, 2КДТ.