Файл: Горные машины и оборудование вв е де н ие в с пе ци а льн о с ть.pdf

40
Комбинированная система разработки обеспечивает по сравнению со столбовой снижение потерь угля, уменьшение удельного объёма про- ведения подготовительных выработок, прямоточное проветривание, бо- лее быстрое начало очистных работ. Однако при этом увеличиваются затраты на поддержание формируемого штрека, необходимо осуществ- лять мероприятия по устранению утечек воздуха через выработанное пространство при нисходящей выемке ярусов.
2.3.4. Технология очистных работ
Очистные работы направлены на извлечение полезного ископае- мого из недр и включают следующие основные производственные про- цессы: выемку и доставку угля, крепление призабойного пространства и управление горным давлением.
2.3.4.1. Выемка угля
Выемка угля состоит из отбойки, погрузки и доставки отбитого полезного ископаемого.
Отбойкой угля называется отделение его от массива. Она выпол- няется механическим, буровзрывным или гидравлическим способами.
Выбор способа отбойки зависит от физико-механических свойств угольного пласта, устойчивости вмещающих пород, наличия соответст- вующего оборудования и др.
В настоящее время для отработки угольных пластов подземным способом применяют технологию длинных лав. Угольное поле разреза- ется на блоки. Блок делится на участки, а последние на очистные забои.
Деление угольного поля осуществляется штреками различного сечения.
Штреки предназначаются для вентиляции, доставки отбитой угольной массы и для других вспомогательных работ.
Расстояние между вентиляционным и откаточным штреками на- зывается длиной лавы. Длина современной лавы (150–300 м) постоянно увеличивается. Прогрессивность системы разработки длинными лавами заключается в возможности независимо вести очистные и подготови- тельные работы.
В зависимости от ширины захвата выемочной машины различают
широкозахватную (более 1 м), узкозахватную (0,5–1,0 м) и струговую
(0,03–0,15) выемку угля. Основными выемочными машинами в длинных очистных забоях являются узкозахватные очистные комбайны.
Различают следующие технологические схемы выемки угля очи- стным комбайном:

41
 односторонняя выемка с холостым перегоном комбайна в исходное положение;
 двухсторонняя выемка без холостого перегона комбайна;
 двухкомбайновая выемка с холостым перегоном комбайнов в исход- ное положение;
 двухсторонняя двухкомбайновая выемка без холостых перегонов;
 селективная выемка по односторонней схеме;
 селективная выемка по двухсторонней схеме.
Сопряжение штреков с лавой является наиболее сложным участ- ком в процессе выемки угольного пласта из очистного забоя, что обу- словливает определенные требования к выполнению работ по переводу очистного комбайна и другого оборудования лавы на следующую вы- емочную полосу. Передвижение комбайна на новую выемочную полосу выполняется следующими способами: косым заездом, фронтальным пе- редвижением с использованием или без использования элементов косо- го заезда (более подробно эти вопросы рассмотрены в п. 4.4.1).
Наибольшее распространение имеет механический способ отбой- ки, при котором исполнительные органы горных машин разрушают пласт посредством резцов, шарошек, коронок и др. При этом различают комбайновую и струговую выемку угля.
Выемочный (очистной) комбайн (рис. 2.10) представляет собой машину, которая посредством резания отделяет уголь от массива и гру- зит его на забойный конвейер (на пологих и наклонных пластах). На крутых пластах отсутствует необходимость в погрузке угля, так как он скатывается по лаве за счет сил тяжести.
Рис. 2.10. Очистной комбайн К600

42
Комбайны очистные К600 предназначены для отработки угольных пластов мощностью 2,2–4,3 м с углами падения до 35˚ по простиранию и до 10˚ по падению с сопротивляемостью угля резанию до 360 кН/м, опасных по газу и пыли. Комбайн оснащен механизмом подачи с элек- троприводом. Плавное регулирование скорости обеспечивается за счет электромагнитных тормозов. Комбайн имеет блочную конструкцию ос- новных узлов, местное и дистанционное управление по радиоканалу.
В очистных забоях на пологих и наклонных пластах применяют узкозахватные комбайны К250, К500, К600, 4LS3 (США), MPX-240W
(КНР), EDW-380/440-L (Германия) и др., на крутонаклонных и крутых пластах – комбайны Поиск-2Р, Поиск 3, Темп-1М. Широкозахватные комбайны 2КЦТГ, Кировец-2К используют в очистных забоях на весьма тонких и тонких пологих пластах.
В отличие от выемочных комбайнов угольные струги отделяют уголь от массива не резанием, а скалыванием стружками толщиной до
0,4 м. Выпускаемые промышленностью струговые установки предна- значены для работы на пологих пластах мощностью от 0,55 до 2 м. Об- щий вид струга приведен на рис. 2.11.
Рис. 2.11. Струг DBT
К механическим способам отделения угля от массива относятся также отбойка отбойными молотками. Отбойный молоток – ручная пневматическая машина ударного действия. Отбойные молотки приме-

43 няются в очистных забоях на крутонаклонных и крутых пластах, где от- битый уголь транспортируется вдоль лавы самотеком.
Гидравлический способ выемки предусматривает отделение угля от массива струей воды высокого давления, выпускаемой из гидромо- нитора, с последующим смывом отбитой горной массы.
2.3.4.2. Доставка угля
Доставка – перемещение отбитого полезного ископаемого от мес- та отбойки до места погрузки в транспортные средства. В угольных шахтах преимущественное распространение на пологих и наклонных пластах имеет механизированная доставка с помощью скребковых кон- вейеров, на крутонаклонных и крутых пластах – доставка под действием собственного веса по металлическим желобам, эмалированным решта- кам или почве выработки.
Скребковые конвейеры разделяются на разборные – переносные и изгибающиеся (неразборные) – передвижные.
Разборные конвейеры имеют сравнительно лёгкий рештачный став и переносятся вручную. Они применяются преимущественно при- совместной работе с широкозахватными выемочными машинами, а также для транспортирования горной массы по просекам, печам, подго- товительным выработкам и другим выработкам небольшой протяжен- ности.
Рис. 2.12. Скребковый конвейер

44
Изгибающиеся конвейеры используются в основном с узкозахват- ными выемочными машинами (комбайны, струги). Они передвигаются без разборки с помощью механических или гидравлических устройств.
Скребковый конвейер (рис. 2.12) состоит из привода, линейных унифицированных рештаков (секций, образующих став конвейера), це- пи со скребками и концевой головки.
2.3.5. Горное давление в очистном забое
Горные породы в нетронутом массиве находятся в состоянии на- пряженного равновесия. Угольный пласт на глубине Ниспытывает на- пряжение
=H, где  – средняя плотность горных пород, кг/м
3
;
H – глубина залегания пласта, м.
В процессе выемки угля впереди забоя происходит перераспреде- ление напряжений (рис. 2.13). При этом различают три зоны, примы- кающие к забою.
Рис. 2.13. Горное давление в очистном забое и эпюра давления на пласт
В зоне 1сохраняются напряжения, характерные для нетронутого массива. Уголь находится в состоянии трехосного сжатия.
Зона 2– зона опорного давления и характеризуется повышенным напряжением =kH, где k– коэффициент концентрации напряжений (k

45
> 1). В этой зоне уголь находится в состоянии двуосного сжатия. Мак- симум опорного давления находится на расстоянии от трех до пяти- шести мощностей от кромки пласта.
Опорное давление проявляется по всему периметру выработанно- го пространства (впереди и позади лавы, в верхней и нижней ее частях).
Оно оказывает влияние на состояние крепи подготовительных вырабо- ток, находящихся в зоне влияния очистных работ и может вызвать вне- запное разрушение целиков угля. Опорное давление является следстви- ем пригрузки от нависающей консоли непосредственной и основной кровли.
Зона 3непосредственно примыкает к забою. В ней уголь обычно раздавлен и напряженное состояние им утрачено. Это обстоятельство способствует облегчению отбойки угля от массива исполнительными органами выемочных машин.
По мере подвигания очистного забоя волна опорного давления постоянно перемещается, создавая повышенные и пониженные, по срав- нению со статическими, напряжения в угольном пласте и прилегающих к нему породах. Это свидетельствует о том, что при выемке полезного ископаемого в массиве, окружающем очистную выработку, протекают сложные процессы изменения его напряженного состояния. Горные по- роды последовательно проходят стадии повышенных и пониженных, по сравнению со статическими, напряжений в угольном пласте и приле- гающих к нему породах, разгрузки, упругого восстановления. Эти явле- ния протекают не только в кровле, но и в почве угольного пласта.
В результате извлечения полезного ископаемого в забое очистной выработки происходит обнажение кровли. Кровля под действием собст- венного веса и веса вышележащих пород приходит в движение. При опускании кровли происходит ее расслоение по плоскостям напласто- вания, переходящее с течением времени в обрушение. Сначала обруша- ется непосредственная кровля, а затем и основная.
Первая посадка кровли происходит при отходе очистных работ от разрезной печи на более или менее значительное расстояние, дости- гающее иногда 50–60 м и более. При дальнейшем подвигании очистного забоя, когда произошла первая посадка кровли, осуществляют регуляр- ное обрушение непосредственной кровли, называемое первичной по- садкой. В большинстве случаев породы основной кровли зависают в ви- де консоли и обрушаются после подвигания забоя на некоторое рас- стояние. Обрушение консоли основной кровли называют вторичной по- садкой.

46
Для создания безопасных условий в призабойном пространстве устанавливают крепь и осуществляют комплекс мероприятий по управ- лению горным давлением.
Крепь может удерживать кровлю от обрушений только в не- посредственной близости от забоя. Здесь кровля пласта и вышележащие породы удерживаются также силами сцепления. На некотором расстоя- нии от забоя влияние этой связи настолько ослабевает, что обычное крепление оказывается уже недостаточным.
Давление пород со стороны выработанного пространства может восприниматься закладочным массивом или специальной крепью. Кре- пи различной конструкции и закладка защищают призабойное про- странство от обрушений. В настоящее время для защиты призабойного пространства на пологих и наклонных пластах широко применяют ме- ханизированные крепи.
2.3.6. Крепь очистных выработок
Крепь очистных выработок– это искусственное сооружение, воз- водимое для предотвращения обрушения пород кровли, сохранения не- обходимой площади поперечного сечения призабойного пространства и управления горным давлением.
Крепь должна удовлетворять следующим требованиям: она долж- на быть прочной и устойчивой; обладать податливостью; иметь мини- мальный вес; обеспечивать механизацию установки и передвижки; иметь необходимую площадь призабойного пространства для пропуска достаточного количества воздуха; не мешать выполнению других про- изводственных процессов; должна быть недорогой, надежной и долго- вечной.
Прочность крепи – способность ее сопротивляться горному дав- лению, не разрушаясь и не получая остаточных деформаций.
Рабочее сопротивление – сопротивление нагрузке, являющейся безопасной в отношении деформации крепи, составляет до 70% разру- шающей нагрузки.
Начальное сопротивление – сопротивление, развиваемое крепью при ее установке или распоре (для гидравлических крепей).
Устойчивость крепи – способность ее сохранять первоначальное положение под влиянием горного давления.
Жесткость крепи – способность ее сопротивляться образованию деформаций. Различают жесткие и податливые крепи. Под действием горного давления жесткая крепь испытывает упругие деформации. В отличие от нее податливая крепь под действием нагрузки способна из-

47 менять свои линейные размеры по высоте, не меняя несущей способно- сти. Это изменение размеров крепи заложено в ее конструкцию.
Податливая крепь в очистном забое обуславливает равномерное распределение нагрузки, снижает напряженность в нижних слоях непо- средственной кровли, легко освобождается из-под давления.
Все известные виды крепей очистных выработок могут быть раз- делены на три класса: индивидуальные, комплектные и передвижные
(рис. 2.14).
Под индивидуальной крепью понимают крепь очистных вы- работок, состоящую из отдельных, не связанных между собой конст- руктивно элементов, устанавливаемых вручную вслед за подвиганием забоя. Индивидуальная крепь подразделяется на призабойную и специ- альную (посадочную).
Рис. 2.14. Классификация крепи очистных выработок
Призабойная крепь устанавливается вслед за подвиганием забоя и служит для поддерживания непосредственной кровли в рабочем про- странстве очистной выработки, примыкающем к забою. Это простран- ство называется призабойным.

48
Специальная или посадочная крепь устанавливается на границе с погашаемым выработанным пространством и выполняет роль режущей опоры при управлении кровлей полным обрушением.
Комплектные крепи – это передвижные крепи, отдельные ком- плекты которых не связаны между собой по дайне лавы. Эти крепи не получили распространения.
В настоящее время широко применяются передвижные крепи, в которых процесс установки и перемещения происходит непрерывно. К ним относятся гидрофицированные крепи механизированных комплек- сов, щитовые перекрытия различных конструкций и другие виды крепей
2.3.6.1. Призабойная крепь
Призабойная крепь представляет собой, как правило, раму, со- стоящую из верхняка и подбиваемых под него стоек. Ее основное на- значение – обеспечение безопасных условий работы в очистном забое.
Она должна противостоять горному давлению, не допускать вывалов отдельных кусков породы, не вдавливаться в почву, обеспечивать необ- ходимое свободное пространство для работающих людей и размещения оборудования. Она должна быть простой, легко устанавливаться и из- влекаться.
Рис. 2.15. Призабойная крепь:
1 – стойки, 2 – верхняки
Рамы призабойной крепи могут располагаться перпендикулярно
(рис. 2.15, а) линии забоя или параллельно (рис. 2.15, б) ей. Верхняки

49 рекомендуется располагать перпендикулярно трещинам в кровле. При механизированной выемке угля, что более всего распространено на по- логом и наклонном падении, верхняки располагают перпендикулярно забою. Расстояние между рамами по падению равно 0,8–1,0 м.
При разработке крутонаклонных и крутых пластов средней мощ- ности и в некоторых других условиях, где выемка угля осуществляется буровзрывным способом, рамы располагают по падению (параллельно забою). При наличии почв, склонных к сползанию, стойки устанавли- вают на лежни. Расстояние между рамами равно 0,9–1,0 м.
Расстояние между стойками в рамах может быть различным и со- ставлять в среднем 0,7–1,0 м, иногда более. Число стоек, приходящееся на 1 м
2
площади обнаженной кровли, называют плотностью крепи.
Призабойная крепь может быть деревянной или металлической.
Применение деревянной крепи связано с большим расходом леса. Тем не менее, рамы, устанавливаемые по падению, обычно состоят из дере- вянных элементов. Стойки делают из круглого леса диаметром до 20–25 см и длиной, соответствующей мощности пласта без толщины верхняка.
В качестве верхняков используют распилы длиной до 2–3 м. Укладыва- ют их плоской стороной к кровле.
Деревянная крепь в качестве основной применяется в условиях, для которых еще не созданы механизированные крепи или применение их пока нерационально. В качестве вспомогательной она применяется довольно широко.
При механизированной выемке наиболее целесообразной является металлическая крепь. Ее применение улучшает состояние кровли и уве- личивает безопасность работ.
Металлические стойки. Взависимости от рабочей характе- ристики металлические стойки подразделяются на жесткие и податли- вые. Жесткие металлические стойки не применяются. По способу дос- тижения податливости металлические стойки подразделяются на стойки трения и гидравлические.
Стойка трения состоит из выдвижной части, корпуса и замкового устройства. Выдвижная часть удерживается в рабочем положении за счет сил трения, возникающих в замковом устройстве. В настоящее время изготавливаются металлические стойки трения постоянного со- противления типов ТУ, Т, ТЖ. Они предназначены для крепления на пластах мощностью от 0,5 до 2,5 м.
Начальное сопротивление стойки обеспечивается силами трения, возникающими между поверхностями выдвижной части и замка при за- бивке горизонтального клина.