Проведение подготовительных выработок комбайнами. Организация работ.

Проведение подготовительных выработок комбайнами. Организация работ.

Основным отличием комбайнового способа проведения выработок от БВР является возможность совмещения процесса отбойки горной массы и отгрузки проходческим комбайном. Наибольшее распространение получили проходческие комбайны на гусеничном ходу со стреловидным исполнительным органом корончатого типа и скребковым перегружателем.

Применение отечественных комбайнов целесообразно при проведении горных выработок по пласту угля с небольшим процентом присечки породы с крепостью f до 7 и углом наклона до -200 и до +200 по восстанию. Погрузка отбитой горной массы производится на скребковый или ленточный конвейер непосредственно комбайном или с помощью специального перегружателя.

Комбайновый способ проведения подготовительных выработок

По назначению все проходческие комбайны можно разделить на 3 группы:

· для проведения выработок по породам с f от 8 до 10;

· для проведения выработок по углю с присечкой пород с коэффициентом крепости f до 8;

· для проведения выработок по углю.

Достоинствами комбайнового способа проведения являются:

· малооперационность;

· высокая степень механизации основных и вспомогательных процессов;

· возможность достижения высоких темпов проведения (350 м в месяц и более);

· высокая безопасность при ведении горных работ.

По способу обработки забоя исполнительным органом различают комбайны:

· избирательного действия, которые обрабатывают забой последовательно слоями или заходками;

· непрерывной выемки угля, которые обрабатывают угольный забой одновременно по всей ширине выработки и последовательно по высоте;

· бурового (роторного) действия, которые обрабатывают одновременно всю площадь забоя.

Комбайны избирательного действия имеют стреловидный исполнительный орган, оснащенный на конце резцовой коронкой, и гусеничный механизм перемещения. К ним относятся:

· комбайны ГПКС, КП-21 и КП-25 производства Копейского машзавода, предназначенные для проведения выработок сечением соответственно 6-17 м², 10-28 м² и 10-30 м² по породам с f< 4, f< 7, f< 7 (мощности электродвигателя исполнительного органа соответственно 55, 110 и 110 кВт, масса комбайнов 20, 40 и 48 т);

· комбайны 4ПП-2М и 4ПП-5 Ясиноватского машзавода (Украина), предназначенные для проведения выработок сечением соответственно 9-25 м² и 14-36 м² по породам с f< 7 (мощности электродвигателей исполн. органа соответственно 120 и 200 кВт, масса комбайнов 45 и 75 т).

В последние годы на шахтах Кузбасса получили широкое распространение комбайны избирательного действия с исполнительным органом с двумя коронками:

· комбайны СМ-130К производства ассоциации «Кузбассуглемаш», предназначенные для проведения выработок сечением 8-25 м² по породам с f< 7 (мощность электродвигателя исполнительного органа 150 кВт, масса комбайна 32 т);

· комбайны П110 и П220 производства Новокраматорского машзавода (Украина), предназначенные для проведения выработок сечением соответственно 7-25 м² и 9-30 м² по породам с f< 6 и f< 8 (мощности электродвигателей исполнительного органа соответственно 110 и 220 кВт, масса комбайнов 36 и 48 т);

· комбайны АМ-50 и АМ-75 производства «Voest Alpine» (Австрия), предназначенные для проведения выработок сечением соответственно 7-22 м² и 9-28 м² по породам с f< 6 и f< 8 (мощности электродвигателей исполн. органа соответственно 130 и 200 кВт, масса комбайнов 28 и 50 т);

· комбайны ЕТ-120L и ЕТ-210Q производства «Eickhoff» (Германия), предназначенные для проведения выработок сечением соответственно 8-24 м² и 9-31 м² по породам с f< 6 и f< 8 (мощности электродвигателей исполн.органа соответственно 132 и 200 кВт, масса комбайнов 32 и 62 т).

Комбайны непрерывной выемки угля имеют исполнительный орган шнекового типа, установленный поперечно, и гусеничный механизм перемещения. Наиболее широкое распространение на угольных шахтах получили следующие комбайны непрерывной выемки угля:

· комбайны 12CМ-18 производства «Joy» (США) с шириной исполнительного органа 3, 3 м (мощность исполнительного органа 224 кВт, масса 54 т);

· комбайны АВМ20 производства «Voest Alpine» (Австрия) с шириной исполнительного органа 4, 9 м (мощность исполнительного органа 270 кВт, масса 80 т).

Для механизации возведения сталеполимерной анкерной крепи комбайны оснащаются гидравлическим навесным бурильным оборудованием.

Как показывает мировой опыт, средние темпы проведения подготовительных выработок по углю комбайнами непрерывной выемки с навесным бурильным оборудованием достигают 30-60 м в сутки.

Комбайны бурового действия имеют исполнительный орган роторного типа, оснащенный шарошечным инструментом и гидравлический распорно-шагающий механизм перемещения на забой:

· комбайн КРТ предназначен для проведения выработок по породам с f< 8 (диаметр выработки 4, 75 м);

· комбайн «Союз-19» предназначен для проведения выработок по породам с f< 10 (диаметр выработки 5 м).

Для придания выработке арочной формы комбайны роторного действия оборудуются бермовыми органами, с помощью которых формируются выработки площадью поперечного сечения 18 и 20, 6 м² соответственно.

Проходческий цикл при комбайновом способе проведения включает в себя выполнение следующих процессов:

· разрушение и погрузку породы;

· возведение крепи;

· наращивание конвейера или настилку рельсового пути;

· наращивание вентиляционных труб;

· наращивание противопожарного става, кабелей и др.

Применяются следующие схемы основного транспорта при комбайновой проходке:

· комбайн – перегружатель – рельсовый транспорт (перегружатель обеспечивает непрерывность работы комбайна в течение цикла);

· комбайн – бункер-поезд – рельсовый транспорт (бункер-поезд обеспечивает накопление горной массы во время обмена составов вагонеток);

· комбайн – скребковый конвейер;

· комбайн – самоходный вагон – скребковый конвейер;

· комбайн – перегружатель – ленточный конвейер.

Выбор технических средств транспорта горной массы от забоя выбирается в зависимости от условий проведения выработки, рациональной совместимости проходческого и транспортного оборудования.

Для погрузки и транспортирования горной массы от забоя применяются:

· ленточные перегружатели ППС1, ППМ, УПЛ-2М;

· самоходные вагоны 5ВС-15 или Joy-10SC32 («Shuttle car») с радиусом действия 300 м;

· скребковые конвейеры С-53, СР-70;

· ленточные конвейеры типа Л, ЛТ с шириной ленты 100, 120 см.

К перспективным направлениям технологии проведения подготовительных выработок комбайнами относятся следующие схемы:

· проведение конвейерных штреков по постоянной транспортной схеме с ленточным конвейером, который после окончания проведения выработки остается для транспорта угля из очистного забоя;

· проведение вентиляционных штреков с погрузкой горной массы в бункер-поезд и транспортировкой горной массы рельсовым транспортом.

Способы крепления выработок:

· металлической рамной крепью (для арочной крепи применяются крепеустановщики);

· сталеполимерной анкерной крепью (для механизации возведения крепи применяются электросверла, переносные пневматические или гидравлические бурильные установки, навесное бурильное оборудование).

Способы и средства проветривания подготовительных выработок при комбайновой проходке аналогичны способам и средствам проветривания при БВР.

Призабойная крепь

Призабойная крепь представляет собой, как правило, раму, состоящую из верхняка и подбиваемых под него стоек (рис. 5.8). Ее основное назначение — обеспечение безопасных условий работы в очистном забое. Она должна противостоять горному давлению, не допускать вывалов отдельных кусков породы, не вдавливаться в почву, обеспечивать необходимое свободное пространство для работающих людей и размещения оборудования. Она должна быть простой, легко устанавливаться и извлекаться.

В качестве верхняков используют распилы длиной до 2—3 м. Металлические стойки трения состоят из выдвижной части, корпуса и замкового устройства. Выдвижная часть удерживается в рабочем положении за счет сил трения, возникающих в замковом устройстве. Гидравлические стойки изготавливают с внутренним и внешним питанием.

Стойка с внутренним питанием является полностью автономным механизмом, включающим насос с механизмом привода, силовой цилиндр, резервуар для рабочей жидкости, предохранительный и разгрузочный клапаны. В стойках с внешним питанием подача рабочей жидкости под давлением осуществляется от вынесенной насосной станции с резервуаром для рабочей жидкости. Такая стойка состоит из цилиндра, впускного, предохранительного и разгрузочного клапанов. Присоединение гидростоек к напорной гидромагистрали осуществляется с помощью специального легкосъемного устройства — пистолета с запорным краном. В качестве рабочей жидкости в гидравлических стойках могут применяться минеральное масло и водомасляная эмульсия.

Рис. 5.8. Призабойная крепь: 1 — стойки; 2 — верхняки

Посадочная крепь

Посадочная крепь, выполняющая функцию режущей опоры при управлении кровлей полным обрушением, может быть деревянной и металлической. Деревянная посадочная крепь имеет ограниченное распространение, например при немеханизированной выемке.

Деревянная посадочная крепь может быть в виде органного ряда. Органная крепь представляет собой стойки, установленные всплошную в одну линию вдоль очистного забоя. Она может быть одно- и многорядной. Органная и другие деревянные крепи могут применяться в отдельных случаях как специальная крепь вспомогательного назначения.

Рис. 5.9. Посадочная стойка ОКУМ

Металлические посадочные стойки ОКУМ (рис. 5.9) состоят из станины 1, основного винта 2, настроечного винта 3, насадки 4 и замкового устройства с колодкой 5 и горизонтальным клином 6.

Посадочные стойки ОКУМ устанавливают на линии обрушения кровли. Расстояние между ними составляет 1, 5—2, 0 м. В отдельных случаях при большом горном давлении их устанавливают в два ряда в шахматном порядке.

Механизированные крепи

Механизированной называется крепь очистных комплексов и агрегатов, которые передвигаются с помощью домкратов вслед за подвиганием забоя. Она состоит из отдельных секций, каждая из которых имеет основание, гидравлические стойки, верхняк и гидравлический домкрат для передвижения секций. Механизированная крепь ограждает призабойное пространство, механизирует процесс крепления и управления кровлей. Секции механизированной крепи устанавливаются в забое по всей длине лавы.

По характеру взаимодействия с боковыми породами механизированные крепи подразделяются на крепи оградительного, поддерживающего, оградительно-поддерживающего и поддержи-вающе-оградительного типов.

Крепи оградительного типа содержат только оградительные элементы, препятствующие проникновению обрушенных пород в призабойное пространство. В современных типах механизированных комплексов распространения не получили.

Крепи поддерживающего типа (рис. 5.10, а) имеют верхняк, поддерживающий кровлю на всей ширине призабойного пространства, применяются на пластах тонких и частично средней мощности. Оградительные элементы либо отсутствуют, либо выполняют вспомогательную роль, предотвращая проникновение обрушенных пород кровли в рабочее пространство лавы.

Рис. 5.10. Схемы механизированных крепей поддерживающего (а), оградительно-поддерживающего (б) и поддерживающе-оградительного (в) типов

Оградительно-поддерживающая крепь (рис. 5.10, б) имеет серповидное ограждение, поддерживающее обрушенные породы кровли и предотвращающее их проникновение в рабочее пространство лавы, а также козырек, поддерживающий кровлю непосредственно у забоя.

Крепи поддерживающе-оградительного типа (рис. 5.10, в) имеют поддерживающие и оградительные элементы, активно воспринимающие нагрузку со стороны поддерживаемых пород кровли.

Секции механизированных крепей могут быть одно- и многостоечные. Крепи оградительно-поддерживающего типа одностоечные. Одностоечные секции менее устойчивы. Многостоечные секции применяют в крепях поддержи вающего и поддерживающе-оградительного типов.

У большинства механизированных крепей гидродомкрат передвижения секций расположен внизу, этим же домкратом осуществляется передвижка конвейера. Секции механизированной крепи в забое могут перемещаться последовательно вслед за выемкой угля (основная схема) или через одну (сначала четная, затем нечетная) в различных вари антах. Механизированные крепи для пологих и наклонных пластов могут применяться для выемки как по простиранию, так и по падению (восстанию) пластов с углами падения до 10—12°.

Механизированные крепи позволяют осуществить комплексную механизацию, а в перспективе и комплексную автоматизацию работ в очистном забое. Они должны обеспечивать:

приспосабливаемость к изменяющейся мощности и гипсометрии пласта, соответствие шага передвижки ширине захвата выемочной машины;
наличие свободного пространства для прохода людей и вентиляции;
нормальное состояние кровли в забое;
удобство транспортных, монтажных и демонтажных работ;
направленность передвижения секций и боковую устойчивость их при работе и передвижке, скорость крепления вдоль лавы не менее максимальной величины рабочей скорости комбайна;
управляемость в плоскости пласта;
возможность замены секций в лаве;
свободный доступ к отдельным узлам для их осмотра и текущего ремонта.

Подготовка рудных месторождений

Шахтные поля месторождений делят на этажи и панели. Этажную подготовку.применяют при разработке крутых и наклонных залежей. Вертикальную высоту этажа принимают равной 60—80 м. Панельная подготовка применяется при разработке пологой залежи ограниченной мощности. Ширина панели колеблется от 50 до 300; м.

Этажи и панели дополнительно делят на блоки. Размеры блоков: длина по простиранию от 30 до 100 м, обычно 40—60 м; высота соответствует высоте этажа, а при панельной подготовке — мощности залежи. Блок представляет собой самостоятельную добычную единицу: в его пределах проводят весь комплекс подготовительно-нарезных и очистных работ.

При подготовке этажных горизонтов крутых залежей средней мощности и мощных применяют штрековую или комбинированную ортовую подготовку. При штрековой подготовке проводят рудный и полевой штреки (рис. 7.9, а), которые соединяют между собой квершлагами. Рудный штрек преимущественно располагают у лежачего бока с тем, чтобы не только обеспечить доразведку участка месторождения, но и уменьшить охранные целики. При ортовой подготовке (рис. 7.9, 6) проводят два полевых штрека: один в лежачем боку, другой—в висячем. Штреки соединяют ортами.

При разработке крутых залежей в качестве воздухоотводящих выработок вентиляционного горизонта используют бывшие откаточные выработки вышерасположенного этажа.

В пределах блока выработки откаточного и вентиляционного горизонтов соединяют одним или несколькими блоковыми восстающими и рудоспусками. Восстающие предназначены для нарезки блоков, проветривания и транспортных целей.

Рис. 7.9. Подготовка этажного горизонта крутой мощной залежи:

а — рудным и полевым штреками; б — ортами

Отработка блоков в этаже возможна как в прямом, так и в обратном порядке. Кроме того, применяется отработка блоков в шахматном порядке (через один — при неустойчивых руде и вмещающих породах и большой мощности рудного тела), в выборочном порядке (при различной качественной характеристике руды), выемка блоков — по всей длине этажа без разрыва или с разрывом во времени.

Подготовка горизонтальных месторождений и близких к ним заключается в проведении панельных штреков, разделяющих шахтное поле на панели, и выемочных штреков, делящих панель на блоки или выемочные столбы. При этом, если угол падения залежи не превышает 3°, применяют рудную подготовку, т. е. штреки проводят по почве полезного ископаемого. При углах падения более 3° и особенно при сложной гипсометрии применяют полевую подготовку — штреки располагают в подстилающих породах (см. рис. 7.2).

При подготовке блоков восстающие и рудоспуски проводят с панельных штреков.

При выборе способа подготовки шахтного поля необходимо учитывать следующие требования:

1. Должен обеспечиваться необходимый резерв вскрытых и подготовленных к выемке запасов.

2. Объем подготовительных работ должен быть минимальным.

3. Затраты на проведение и поддержание подготовительных выработок должны быть минимальными.

4. В процессе подготовки необходимо обеспечивать дальнейшую попутную разведку месторождения.

Вторичное дробление руды

Чтобы куски руды свободно проходили через рудоспуски и не зависали в выработанном пространстве, а доставка осуществлялась интенсивно и бесперебойно, отбитая руда должна иметь куски определенной крупности. Максимально допустимый размер кусков, на который рассчитываются перепускные выработки и все погрузочное и транспортное оборудование, называется кондиционным. Размер таких кондиционных кусков обычно принимают от 300—400 до 800—1000 мм, а на рудниках, разрабатывающих тонкие жилы, — 200—250 мм. Однако при отбойке буровзрывным способом обычно образуется некоторое количество более крупных, чем кондиционные, кусков, так называемых негабаритов. Такие негабариты приходится дробить повторно. Для этого используют взрывчатые вещества или механические дробилки. При вторичном дроблении с помощью взрывчатых веществ применяют или накладные заряды, размещаемые в углублениях, или шпуровые заряды. При механическом дроблении используют специальные дробильные установки, устанавливаемые в камерах вблизи приемных бункеров скипового подъема, надежная работа которого возможна лишь при крупности кусков не более 400—500 мм.

Негабариты не проходят в горловинах выпускных отверстий, образуя заторы (зависания) руды (рис. 7.13).

Рис. 7.13. Зависание руды при ее выпуске:

а — при скреперной доставке; б — при машинной погрузке

Заторы ликвидируют в выпускных выработках взрыванием фугасных зарядов, установленных на шестах. Указанный способ взрывания больших зарядов требует длительного проветривания и вызывает разрушение выработок. В последние годы для ликвидации зависаний в отечественной практике стали применять стреляющие системы (гранатометы), позволяющие снизить трудоемкость и повысить безопасность этих работ.

Вторичное дробление негабаритов может проводиться в очистном пространстве при отработке пологих залежей, на почве доставочных выработок (рис. 7.14) или же на питателях, установленных в выпускных выработках. Иногда руду выпускают из блока на неподвижные колосниковые грохота, установленные в специальных камерах грохочения (рис. 7.15).

Рис. 7.14. Схема выпуска руды и вторичного дробления на почве основного горизонта: 1 — Негабариты

Камеры грохочения располагают вдоль штрека горизонта дробления в шахматном порядке. На почве камеры сооружают грохот из рельсов тяжелого типа, укладываемых на деревянные брусья. Число колосников (рядов рельсов) принимается от трех до пяти, зазор между колосниками 300—400 мм. Под грохотом располагается рудоспуск соответствующей вместимости.

Рис. 7.15. Выработки горизонта вторичного дробления:

Выпуск и доставка руды

Доставка руды – перемещение отбитой руды от забоя до откаточного горизонта при очистной выемке (в отличие от транспортирования руды по основному).

Доставка производится или под действием собственного веса (самотечная доставка) или механическими средствами: самоходными вагонами, погрузочно-доставочными машинами, конвейерными и скреперными установками.

Самотечная доставка руды производится или по очистному пространству (непосредственно по лежачему боку залежи), или по рудоспускам. Ее применение возможно в том случае, когда угол наклона блока залежи не менее 45—55°; а по рудоспускам — 55—60°.

Самотечную доставку руды из очистного пространства в доставочные или откаточные выработки через специально пройденные в основании блока выпускные отверстия называют выпуском руды.

Широкое распространение в самых разнообразных геологических условиях получила доставка скреперными установками (рис. 7.16), которая применяется как в пределах очистного пространства, так и в подготовительных выработках. Скреперная установка состоит из лебедки с двумя или тремя барабанами, скрепера вместимостью 0, 2—0, 6 м* и более, головного и хвостового канатов, хвостового и поддерживающих роликов. Длина скреперования не превышает 50—70 м.

При скреперной доставке по специальным доставочным выработкам в основании блока проходят серию специальных выработок, называемую горизонтом скреперования (рис. 7.17).

Рис. 7.16. Схема скреперной доставки:

Проведение подготовительных выработок комбайнами. Организация работ.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒