Механизация очистной выемки и нагрузка на забой

По каждому пласту определяются способы механизации очистной выемки и рассчитываются нагрузки на очистные забои. При выборе технологии следует ориентироваться на комплексную механизацию и автоматизацию работ в очистном забое, предусматривать применение наиболее прогрессивных видов оборудования, обеспечивающего высокие технико-экономические показатели и безопасность труда.

Таблица 5 Механизированные крепи для угольных пластов

Выбор механизированного комплекса необходимо начинать с крепи, которая подбирается по мощности и углу падения пласта (таблица 5). Для каждого комплекса предусматривается определенный тип выемочной машины (таблица 6). Однако конструкции крепи и конвейера допускают применение нескольких видов комбайнов, поэтому для конкретных горно-геологических условий выбор выемочной машины (узкозахватного комбайна) производится на основе анализа вынимаемой мощности, угла падения и сопротивляемости угольного пласта резанию.

Таблица 6 Узкозахватные комбайны для выемки угольных пластов

Выбор схемы работы комбайна обосновывается анализом горнотехнических условий. Челноковая схема работы комбайна принимается на пластах мощностью до 2.7 м. На пластах большей мощности следует применять выемку уступами (сначала верхний, а при обратном ходе – нижний уступ). При значительном отжиме угля возможно применение односторонней схемы работы комбайна с зачисткой лавы при обратном ходе.

С учетом выбранного очистного комбайна техническая нагрузка на очистной забой (A_Т) определяется по формуле:

A_Т = n(T - t_ПЗ)mrγ vk_CPk_M, т/сутки, (4)

где n – число смен работы очистного забоя по добыче в сутки, n = 3, а для высокопроизводительной и сложной техники может n = 2;

Т – продолжительность смены, мин;

t_ПЗ – продолжительность подготовительно-заключительных операций, мин; t_ПЗ = 15 мин;

m – вынимаемая мощность пласта, м;

r – ширина захвата исполнительного органа очистного комбайна, принимаемая из его технической характеристики (таблица 6), м;

γ – плотность угля, т/м³;

v – скорость подачи очистного комбайна, м/мин; v = (0, 75..0, 80) v_T;

v_T – технически возможная скорость подачи комбайна, принимаемая из его технической характеристики (таблица 6);

k_CP – коэффициент, учитывающий схему работы комбайна: при челноковой схеме работы k_CP = 1, 0, при уступной и односторонней k_CP = 0, 8;

k_M – коэффициент машинного времени, k_M = 0, 4..0, 45.

Расчет нагрузки на очистной забой по условиям проветривания производится по формуле:

, т/сутки, (5)

где v_В – допустимая по ПБ скорость движения воздуха в лаве, v_В = 4 м/сек;

s – площадь поперечного сечения лавы, свободная для прохода воздуха, принимаемая по технической характеристике механизированной крепи (таблица 5), м²;

d – допустимая по ПБ концентрация метана в исходящей струе, d = 1 %;

k_ВП – коэффициент, учитывающий движение части воздуха за призабойной частью выработанного пространства, k_ВП = 1.2..1.3;

q_Л – относительное метановыделение в исходящую струю воздуха из лавы, м³/т суточной добычи,

q_Л = (0.3…0.4) q_Ш; (6)

q_Ш – относительная метанообильность шахты, т/м³.

Из двух вычисленных значений в качестве окончательной нагрузки на забой принимается наименьшая:

A = min{A_T; A_П}.

Результаты расчетов представляются в таблице 7.

Таблица 7 Результаты расчетов нагрузки на забой

4 Способ подготовки шахтного поля и система
разработки угольных пластов

На основе анализа горно-геологических условий шахтного поля рассматривается возможность применения этажного, панельного или погоризонтного способов подготовки шахтного поля, приводятся достоинства и недостатки каждого из способов и окончательно выбирается наиболее рациональный.

При угле падения пласта до 12⁰ предпочтительно применять погоризонтный способ подготовки шахтного поля. При угле падения пласта более 12⁰ применяются этажный или панельный способы подготовки. Панельному способу подготовки отдается предпочтение в том случае, если размер шахтного поля по простиранию более 6..7 км и когда в пределах одного пласта необходимо разместить не менее 3..4 очистных забоев для достижения необходимой производственной мощности шахты. Во всех других случаях применяют этажный способ подготовки шахтного поля.

С учетом выбранного способа подготовки шахтного поля для конкретного пласта назначаются не менее двух возможных вариантов систем разработки, анализируются их технологические достоинства и недостатки для данных горно-геологических условий и принимается наиболее приемлемый вариант системы разработки.

Так, например, при погоризонтном способе возможны системы разработки с выемкой столбов по падению или по восстанию, одинарными или спаренными лавами, с повторным использованием транспортной выработки для вентиляции или проходкой выработки для вентиляции вприсечку. При этажном способе подготовки шахтного поля можно рассмотреть варианты с делением или без деления этажа на подэтажи, системы разработки с доставкой на задний или передний бремсберг и другие. При панельном способе подготовки можно рассмотреть варианты с делением яруса на подъярусы или без деления.

Обосновываются основные параметры подготовки шахтного поля (размеры выемочных полей, длина лав, размеры этажей, панелей, горизонтов.).

Длину очистного забоя (L_Л) следует принимать с учетом следующих рекомендаций:

· при разработке пластов средней мощности с применением механизированных крепей и узкозахватных комбайнов принимать длину лавы в пределах 300…350 м;

· при разработке пластов мощностью более 3, 0 м с применением механизированных крепей и узкозахватных комбайнов принимать длину лавы в пределах 250…300 м;

· при разработке пластов с применением механизированных крепей и стругов принимать длину лавы в пределах 350…400 м.

При этажном способе подготовки наклонная высота этажа определяется по формуле:

, м, (7)

где n_П – число подэтажей;

å h_Ц – суммарная ширина целиков или бутовых полос, м;

å h_В – суммарная ширина выработок, м.

Количество этажей в шахтном поле . Полученное значение n_Э округляется до ближайшего целого и корректируется значение h_Э и длина очистного забоя L_Л.

Размеры выемочных полей (L_ВП) определяются с учетом размеров шахтного поля и способа его подготовки:

· при погоризонтном способе подготовки при делении шахтного поля на два горизонта размер выемочного поля (столба по падению-восстанию) будет равен , где Н – размер шахтного поля по падению;

· при этажном способе подготовки размер выемочного поля будет равен , где L – размер шахтного поля по простиранию;

· при панельном способе подготовки размер выемочного поля будет равен .

Время отработки выемочного поля T_ВП, лет:

, лет, (8)

где L_Л – длина лавы, м;

m – вынимаемая мощность пласта, м;

γ – плотность угля, т/м³;

А – суточная нагрузка на забой, сутки.

Рационально, когда время отработки выемочного поля совпадает с межремонтным периодом работы механизированного комплекса, равным для современного оборудования 1, 5..2 лет.

5 Группирование пластов по очередности отработки и
определение нагрузки на пласты

Установленная мощность шахты должна подтверждаться горнотехническими возможностями путем группирования пластов по очередности их отработки и определением нагрузки на каждый пласт.

При группировании пластов по очередности их отработки необходимо предусматривать:

· нисходящую отработку пластов;

· интенсивность отработки вышележащего пласта не меньше, чем нижележащего;

· количество одновременно отрабатываемых пластов не более двух-трех.

Таблица 8 Максимально возможные нагрузки на пласты

Для определения максимально возможных нагрузок на каждый пласт (таблица 8):

· производится расстановка очистных забоев с учетом выбранного способа подготовки шахтного поля, от которого зависит количество одновременно работающих очистных забоев;

· учитывается попутная добыча, получаемая при проведении подготовительных выработок, которая составляет в зависимости от мощности пласта 5..10 % от нагрузки на очистные забои по данному пласту.

По каждой группе одновременно разрабатываемых пластов суммируются нагрузки на пласт и, таким образом, определяется суточная мощность шахты на каждый период отработки запасов, анализируются полученные результаты и окончательно принимается ближайшая стандартная суточная и годовая мощность проектируемой шахты по рядовому углю А_ГР:

Определяется резерв добычи по периодам отработки пластов

%, (9)

где А_СР, А_СТ – соответственно рассчитанная суммарная нагрузка на группу пластов и типовая суточная мощность шахты.

Годовая мощность шахты по товарному углю определяется по формуле:

. (10)