Определение нагрузки на комплексно-механизированный очистной забой

1. Краткие горно-геологические сведения о месторождении полезного

 ископаемого ……………………………………………………………………..3

2. Расчет запасов полезного ископаемого ……………………………………..4

3. Определение производственной мощность и срок служб шахты…………7

4. Вскрытие шахтного поля……………………………………………………...9

5. Выбор места заложения главного ствола шахты……………………..……11

6. Выбор рационального способа подготовки пластов в

шахтном поле…………………………………………………………………..12

7. Выбор рациональной системы разработки пласта ………………………..14

8. Определение нагрузки на комплексно-механизированный очистной

 забой.………………………………………………………………………….. 22

9. Определение численности рабочих и себестоимости 1т угля в

очистном забое ………………………………………………………………....23

10.Спец.часть……………………………………………………………………26

11. Список используемой литературы…………………………………………36

     1. Краткие горно-геологические  сведения о месторождении полезного ископаемого.

Мощность  пластов:

Расстояние  между пластами:

Угол  падения пластов α=78°;

Длина шахтного поля:

-по  падению Н=700 м;

-по  простиранию S=6000 м;

Антиклинальное  залегание

Глубина верхней границы Нв=45 м;

Плотность угля γ=1,34 т/м³ . 
 
 

     2.Расчет  запасов полезного  ископаемого.

    В пределах шахтного поля заключены определенные запасы полезного ископаемого.

        Запасы – это количество полезного ископаемого заключенного в пределах какой-либо площади.

      Геологическими называют общее количество запасов полезного ископаемого месторождения или его части.

      Балансовыми называют такие запасы, разработка которых экономически целесообразна; разрабатывать на данном этапе времени  с учетом существующей техники и технологии.

      Забалансовые  запасы – это запасы, которые экономически не  целесообразно разрабатывать на данном этапе времени с учетом существующей техники и технологии.

      Промышленные  запасы – запасы, которые будут выданы предприятием.

      Потери – неизвлекаемая часть полезных ископаемых.

      Потери  общешахтные – это потери, относящиеся ко всему предприятию в целом, зависящие от вскрытия и подготовки месторождения.

      Потери  эксплуатационные – это потери получаемые вследствие эксплуатации месторождения и объемы зависят от технологии ведения очистной выемки.

      Геологические запасы шахтного поля подсчитываются по формуле:

       , т 

            S – размер шахтного поля по простиранию, м;

            H – размер шахтного поля по падению, м; 

       - суммарная мощность пластов,  м;

            n – число пластов в шахтном поле;

             - средняя плотность углей, .

       м

      Определяем  балансовые запасы:

       т

      где   - балансовые запасы шахтного поля, т;

             - некондиционные (забалансовые) запасы, т.

       т

      где - пласты, имеющие мощность менее 0,7м;

             - число некондиционных пластов.

         т

      Промышленные  запасы равны:

       , т

      где   - потери в охранных и барьерных целиках, т;

             - эксплуатационные потери угля, т.

      Потери  в целиках можно ориентировочно принимать равными 1% балансовых запасов.

       т 

      Определяем  эксплуатационные потери:

       т

 где - коэффициент эксплуатационных потерь (0,10). 

        т 

        т

      Зная балансовые запасы и промышленные запасы, определяем коэффициент извлечения полезного ископаемого:

     3.Определение  производственной  мощность и срок  служб шахты.

Основными характеристиками, определяющими тип  шахты, являются производственная мощность и срок ее службы.

      Производственная  мощность шахты является одним из основных параметров, определяющих не только количественные параметры всего  технологического комплекса, но и основные технико-экономические показатели работы шахты.

      Производственной  мощностью шахты называется количество полезного ископаемого в тоннах, добываемого в единицу времени (сутки, год).

      Срок  существования шахты равен периоду, в течение которого отрабатываются промышленные запасы полезного ископаемого  в пределах шахтного поля.

      Далее устанавливаем производственную мощность и срок службы шахты.

      Годовую производственную мощность определяем по формуле Н.З.Звягина:

       = ,тыс. m, 

      где   - расчетная производственная мощность шахты, тыс.т./год;

             - постоянные коэффициенты, характеризующие  капиталовложения, зависящие от  запасов месторождения; 

        - отраслевой нормативный коэффициент эффективности капиталовложений, для угольной промышленности можно принять равным 0,06-0,1;

        и - постоянные коэффициенты, зависящие от горногеологических условий и месячной производительности очистного забоя определяемой по формуле:

       , тыс. m,

       - длина лавы, м; 
 

       - ширина захвата(глубина вруба), м;

  - число суток в месяц работы очистного забоя по добыче;

        - средняя производительность пласта,m/м²

        - коэффициент извлечения угля, равный  0,95-0,97 

      Суточная  производственная мощность шахты равна:

      где 300 – количество рабочих дней шахты в году;

             - производственная мощность, т. 

      Расчетный срок службы  шахты равен:

                    лет

      Полный  срок службы шахты с учетом периода освоения и периодом затухания составит:

       год

     4.Вскрытие  шахтного поля.

       Вскрытием шахтного поля называется проведение комплекса вскрывающих выработок, которые открывают доступ с поверхности к полезному ископаемому и обеспечивают возможность проведения подготовительных выработок.

 Различают схему и способ вскрытия шахтного поля.

       Схемой вскрытия называется пространственное расположение сети вскрывающих выработок (стволы, штольни, скважины и др.) относительно шахтного поля.

    Способом  вскрытия называется проведение системы вскрывающих выработок в шахтном поле относительно элементов залегания пластов и их функциональное назначение.

    Основными факторами, определяющими выбор схемы и способа вскрытия шахтного поля или его части, являются: число вскрываемых пластов, угол падения пластов, свойства боковых пород, расстояние между пластами, мощность наносов или покрывающей непродуктивной толщи, наличие плывунов и других водоносных пород, нарушенность месторождения, глубина разработки, газоносность пластов, рельеф местности; производственная мощность шахты; размер шахтного поля; срок службы шахты; уровень развития горнодобывающей техники; подготовка шахтного поля, системы разработки и схема вентиляции и др.

    Схема и способ вскрытия должны обеспечивать: рациональную разработку шахтного поля в течение всех этапов работы шахты и получение стабильной проектной добычи угля па каждом этапе; минимальный объем вскрывающих горных выработок; минимальные первоначальные капитальные затраты на вскрытие месторождения и строительство шахты; однотипность транспорта по всем горным выработкам; возможность периодического обновления горного хозяйства шахты; выемочный горизонт с достаточно большими запасами угля, чтобы промежутки между углубками стволов или изменениями элементов  

 схемы были по возможности более длительными.

    Угол  падения пластов α=78°,следовательно, падение пластов крутое, значит, применяется схема вскрытия вертикальными стволами и этажными  квершлагами. Для крутых пластов, как в данном случае, используется многогоризонтная схема вскрытия  вертикальными стволами и этажными квершлагами.  При данной схеме вскрытия пластов этажными квершлагами осуществляется через 100м по вертикали. Стволы проводятся первоначально до отметки транспортного горизонта первого этажа, где сооружается околоствольный двор, от него проводится этажный квершлаг непосредственно вскрывающий пласты. По мере отработки запасов этажа осуществляют углубку стволов, проводят этажный квершлаг и далее всё повторяется до отработки запасов до нижней границы шахтного поля. 
 

     5. Выбор места заложения  главного ствола шахты.

      Экономически  выгодным местом расположения главного ствола шахты по транспорту будет плоскость, делящая промышленные запасы на две равные части.

Т.к. шахта  отрабатывает свиту пластов антиклинального  залегания, то целесообразно поместить главный ствол относительно простирания в плоскости, делящей шахтное поле на два равных крыла, т.е. в центре шахтного поля. 

     6. Выбор рационального  способа подготовки  пластов в шахтном  поле.

       Угли  не склонны к самовозгоранию, значит подготовка пластов в шахтном  поле групповая полевая.

       При групповом способе подготовки основные подготовительные выработки проводят общими для всех разрабатываемых пластов свиты или отдельной ее группы. При этом отпадает необходимость поддержания подготовительных выработок (этажные штреки, капитальные или панельные бремсберги и уклоны) по всем пластам.

       Групповой способ подготовки имеет следующие  достоинства: сокращаются число и протяженность поддерживаемых выработок; повышается эффективность работы транспорта, уменьшаются утечки воздуха и улучшаются условия проветривания шахты. Все это способствует повышению производительности труда и уменьшению себестоимости добываемого угля.

       При полевом способе подготовки все основные подготовительные выработки проводят по пустым породам или пропласткам на некотором расстоянии от разрабатываемых пластов, периодически соединяя их с участковыми пластовыми выработками.

       Полевой способ подготовки позволяет вести  обособленную подготовку и отработку запасов в различных частях шахтного поля и на отдельных пластах, а также безопасную подготовку и отработку пластов, склонных к самовозгоранию, опасных по внезапным выбросам угля и газа или по горным ударам.

       Недостатки  полевого способа подготовки:

       большой объем породы, выдаваемой из шахты, что вызывает необходимость увеличения пропускной способности вспомогательных стволов, затраты на ее перевозку и складирование на поверхности; 
 

       относительно  высокая стоимость проведения полевых  выработок по сравнению с пластовыми того же сечения и назначения. 

       Под системой разработки пластовых месторождений понимается определенный порядок проведения подготовительных и очистных выработок в пределах выемочного поля, увязанный в пространстве и во времени.

       К любой системе разработки предъявляются  следующие основные требования: безопасность ведения работ, экономичность, охрана недр и окружающей человека среды.

       Требования  безопасности являются безусловными. Обязательными для безопасного ведения работ является наличие не менее двух свободных выходов из очистного забоя, а также надлежащее и непрерывное его проветривания, рабочие места должны быть надежно закреплены от самопроизвольного обрушения пород кровли, сползания почвы; обязательно проведение профилактических мероприятий по подавлению пыли, предупреждению внезапных выбросов угля и газа, горных ударов.

       Экономичность системы разработки достигается  при условии минимальных затрат живого и овеществленного труда, энергии и материалов на 1 т добытого полезного ископаемого. Минимальные затраты труда возможны при высокой производительности, которая обеспечивается комплексной механизацией и автоматизацией производственных процессов, научной организацией труда и рациональными конструктивными элементами системы разработки.

       Высокая производительность труда является важнейшим условием экономичности  системы. Потери полезного ископаемого  при выборе системы разработки оцениваются  в совокупности с другими технико-экономическими показателями, характеризующими данную систему разработки, и должны быть экономически обоснованы.

    Система разработки должна обеспечить условия  для комплексной механизации  производственных процессов, концентрации производства (высокой и устойчивой нагрузки на очистной забой, пласт, выемочное поле,

       исключения  взаимного влияния очистных и  подготовительных работ;

       обеспечения автономности работы очистных забоев по условиям транспорта и проветривания;

       создания  условий для высокой надежности работы комплексов и агрегатов путем применения эффективных способов охраны выработок, устройства необходимых аккумулирующих емкостей (горных бункеров), обеспечения рациональных и стабильных параметров лавы;

       ограничения степени влияния на работу лав газовыделения из обнаженных забоев разрабатываемого пласта, выработанного пространства и отбитого угля, что достигается применением мероприятий по дегазации и разбавления метана воздухом, подаваемым изолированно к источникам выделения газа;

       прогнозирования геологических нарушений для исключения непредвиденных остановок лав.        Условия залегания угольных месторождений весьма разнообразны и поэтому выбор системы разработки зависит от ряда геологических, технических и организационных факторов, определяющих эти условия. Основными факторами, влияющими на выбор систем разработки угольных месторождений, являются: форма залегания пластов в недрах, их мощность, угол падения, строение; свойства угля и вмещающих пород; газоносность и водоносность месторождения; склонность пластов к внезапным выбросам угля и газа и самовозгоранию; расстояние между смежными пластами угля; глубина разработки; способы и средства механизации производственных процессов в очистных и подготовительных выработках и др. Рассмотрим основные из них.

       Форма месторождений  бывает правильной и неправильной. К первым относят пластовые и пластообразные месторождения, ко вторым — месторождения некоторых руд, залежи которых имеют форму жил, штоков и т. д.

       Пластовые месторождения (угольные, сланцевые и др.) характерны тем, что элементы их залегания сохраняются на значительных площадях. 

       Мощность пласта влияет на выбор способа проведения и поддержания подготовительных выработок, управления горным давлением и на технологию очистной выемки. Так, при разработке весьма тонких и тонких пластов выработки проводят с подрывкой боковых пород и размещением этих пород в выработанном пространстве; часть породы при этом выдается на поверхность. При разработке пластов средней мощности сечения подготовительных выработок обычно не выходят на мощность пласта.

       Чем мощнее пласт, тем больше объем пород  над выработанным пространством, приходящий в движение при его выемке, вследствие чего усложняются процессы крепления и управления горным давлением в очистном забое.

       В зависимости от мощности пласта могут  применяться системы разработки с разделением на слои и без их разделения.

       Угол  падения пласта оказывает влияние на способ доставки угля вдоль очистного забоя, выбор средств механизации очистной выемки, форму и размер очистного забоя, способ управления горным давлением и крепления.

       При разработке горизонтальных и пологих пластов полезное ископаемое из очистных выработок доставляют конвейером.

       На  наклонных пластах полезное ископаемое вдоль лавы перемещается под действием  собственного веса по металлическим листам или рештакам.

       При разработке крутых пластов отбитое полезное ископаемое и обрушенная порода скатываются по почве пласта. Порода почвы пласта также может обрушаться, что создает опасность травмирования рабочих очистного  

       В этих условиях необходимо применять специальные устройства для защиты рабочих от падающих кусков угля и породы, а также выбирать наиболее безопасную форму забоя.

       При разработке крутых пластов особые требования предъявляются и к крепи, так как последняя используется для передвижения рабочих в забое.

       Величина  угла падения пласта имеет большое  значение при решении вопросов вентиляции.

       Свойства  боковых пород  оказывают существенное влияние на геометрические параметры и выбор системы разработки, поддержание выработок, способы управления горным давлением и крепления, выбор средств механизации очистной выемки.

       Основной  характеристикой свойств боковых  пород является их устойчивость, которая  предопределяет расположение подготовительных  выработок  по пласту  или  пустым  породам.

       Газоносность пласта. Каждая система разработки должна предусматривать наименьшее число тупиковых забоев и бесперебойную подачу необходимого количества свежего воздуха во все очистные и подготовительные забои. Так как ПБ строго регламентируют скорость движения воздуха по горным выработкам, то часто по условиям вентиляции приходится ограничивать добычу из отдельных лав и их длину.

       На  пластах, опасных по внезапным выбросам и суфлярам, очистные забои должны проветриваться обособленными струями воздуха, для чего необходимо проводить дополнительные подготовительные выработки.

       На  газовых шахтах целесообразно применять  системы разработки с минимальным числом опережающих подготовительных выработок, особенно восстающих.

       При разработке пластов с обильным выделением углекислого газа следует

избегать проведения выработок вниз по падению пласта и интенсивно проветривать глухие забои подготовительных выработок. 

       Водоносность. Влияние фактора водоносности заключается в том, что работа в обводненных забоях оказывает вредное воздействие на здоровье рабочих; при этом увеличивается травматизм и снижается производительность труда. Поэтому при разработке обводненных месторождений необходимо применять такие системы разработки, при которых либо данное месторождение дренируется, либо полностью

       исключается поступление воды в призабойное пространство очистной выработки.

       Склонность  угольных пластов  к самовозгоранию проявляется тем чаще, чем мощнее пласт. Эндогенные пожары обычно возникают в местах геологических нарушений и разрушенных охранных целиках, где уголь раздроблен и куда проникает воздух. Поэтому при разработке пластов, склонных к самовозгоранию, следует применять такие системы разработки, при которых потери угля являются наименьшими (отсутствие целиков угля), с применением полной закладки (при разработке мощных пластов). Схема проветривания должна предотвращать попадание воздуха в места, где могут возникнуть очаги эндогенных пожаров.

       Па  процесс самовозгорания влияет также  скорость подвигания очистных работ: чем меньше скорость, тем больше вероятность возникновения пожара.

       Структура пластов. Пласты угля имеют простое или сложное строение, они могут быть разбиты на отдельные пачки прослойками породы. Поэтому немаловажным фактором, влияющим на выбор системы разработки и средств комплексной механизации очистных работ, являются требования, предъявляемые потребителями к сортности и качеству добываемого угля в соответствии с его маркой.

       Механические  свойства полезного  ископаемого, в частности крепость угля, влияют на способ механизации выемки и производительность выемочных механизмов. Уголь пластов во многих случаях способен легко откалываться по кливажным плоскостям.

       При выборе системы разработки следует  учитывать, что отбойка угля производится легче, когда очистной забой расположен параллельно кливажу, и очень затруднительна при расположении забоя перпендикулярно к кливажу или, как говорят, против кливажа. Это особенно важно, когда для выемки угля применяют струговые установки.

       При выборе систем разработки должна быть учтена и степень сближенности пластов. При весьма сближенных пластах целесообразно осуществлять групповую подготовку пластов.

       Глубина существенно влияет на выбор системы разработки, так как с глубиной возрастает напряженное состояние горных пород, увеличивается давление на крепь горных выработок, возрастают газоносность пластов и вероятность внезапных выбросов угля, газа и породы. С увеличением глубины повышается температура горных пород и требуются специальные меры для ее снижения.

       Горные  удары как динамические явления, при которых мгновенно разрушаются охранные целики, часть призабойного массива угля и вмещающие породы, необходимо учитывать при выборе системы разработки. Они требуют особого расположения горных выработок. Система разработки должна предусматривать снижение давления на выбросоопасный пласт путем его подработки или надработки.

       Способы механизации очистных и подготовительных работ весьма тесно связаны с  системами разработки. Внедрение  в практику горных работ новых средств комплексной механизации очистных работ вызвало необходимость в изменении элементов системы разработки и способов управления горным давлением.

       Угол  падения пласта 78º, мощность пласта – 2,0 м. Следовательно, рацональнее применить систему разработки «Длинные столбы по простиранию с выемкой полосами по падению под щитовым перекрытием». Шахтное поле делится на этажи, разделяемые  в свою очередь на выемочные поля (односторонние или  

    Односторонние выемочные поля имеют длину по простиранию 250—300 м, а двусторонние — 400—600 м. Подготовка выемочных полей начинается с проведения откаточных и вентиляционных штреков от промежуточных квершлагов до границ выемочного поля. Выемочные же поля отрабатывают от границ к промежуточному квершлагу. Каждое крыло выемочного поля разделяется на щитовые столбы шириной 24—30 м при мощности пласта более 5 м и 30—50 м — при мощности его менее 5 м. Длина столбов по падению определяется наклонной высотой этажа.

    Печи  проходят с помощью буро-сбоечных машин сначала в виде скважин  с последующим расширением их теми же машинами до диаметра 900 мм. Для удобства выгрузки угля из-под щита углеспускные печи проводят на расстоянии около 1,5 м от лежачего бока. Каждый щитовой столб обслуживается двумя ходовыми печами.

      Нарезка щитового столба включает  также проходку монтажной камеры (рассечки) для монтажа щита, которая образуется путем расширения вентиляционного штрека..

    Для проветривания очистного забоя  в период эксплуатации щита у висячего бока проводится специальная вентиляционная печь длиной 15—20 м по восстанию от откаточного штрека. Эта печь соединяется сбойками с первой и второй углеспускными печами от завала и оборудуется трапами для передвижения людей.

           Достоинствами щитовой системы разработки являются:

• высокая производительность труда рабочего по очистному забою и участку,
• низкая себестоимость угля, отсутствие работ по креплению,

 незначительный  расход лесоматериалов, самотечное движение угля.

• значительные эксплуатационные потери угля (до 40 %),
• высокий удельный вес подготовительных и нарезных работ,
• относительно высокий расход металла,
• необходимость постоянства мощности и угла падения пластов,
• высокая пожароопасность.

     8.Определение  нагрузки на комплексно-механизированный  очистной забой.

Среднесуточная  нагрузка на очистной забой определяется по формуле:

Q_сут=L_оз*m_в*r*γ*n_ц*N, т,

где L_оз – длина очистного забоя, м;

m_в – мощность вынимаемого пласта, м;

r – шаг посадки щита, м;

γ –  плотность угля, т/м³;

n_ц – количество циклов;

N – количество одновременно работающих забоев.

Q_сут=24*2,0*1*1,34*3*4=771,84 т. 

Добыча  угля за один цикл определяется по формуле:

Q_ц= Q_сут/3, т.

Q_ц=771,84/3=257,28 т. 

Добыча  угля за месяц:

Q_мес= Q_сут*25, т.

Q_мес=771,84*25=19296 т. 

Следовательно, годовая добыча угля:

Q_г= Q_сут*300, т.

Q_г=771,84*300=231552 т. 

     9. Определение численности  рабочих и себестоимости  1т угля в очистном забое.

Состав бригады (в сутки):

• ГРОЗ – 9 человек
• Электрослесарь – 6 человек
• Машинист подземных установок – 3 человека
• Мастер взрывник – 3 человека

Всего 25 человек.

Затраты по заработной плате (1,2,3 смены):

Лист

25

     10.Выпуск  угля из подкровельной  толщи на завальный  конвейер при отработке  пологих мощных  пластов.

     На шахтах Российской Федерации  и за рубежом при отработке  мощных пологих пластов применяется большое количество различных вариантов систем разработки в зависимости от мощности пласта, угла залегания, физико-механических свойств угля, вмещающих пород и других факторов. Из многообразия применяемых систем разработки наибольшее распространение получили следующие:

• система разработки в один слой;
• система разработки наклонными слоями с использованием различных конструкций межслоевых перекрытий;
• система разработки с выпуском межслоевых и подкровельных пачек угля.

    Незначительное  распространение получила камерно-столбовая система.

    Основными факторами, влияющими на эффективность  применения систем разработки и технологии выемки мощных пологих пластов, являются мощность угольного пласта, способность угля разрушаться под воздействием горного давления, обрушаемость основной, устойчивость и слеживаемость непосредственной кровли, газообильность угля.

    Мощность  пласта предопределяет применяемую  систему разработки. Отработка пластов  мощностью до 4,5-6 м осуществляется в один слой с выемкой угля на полную мощность с применением механизированных комплексов при длине лав от 100 до 250 м. На нарушенных месторождениях длина лав составляет 80-100 м. Система разработки пласта — длинные столбы по простиранию эффективна при мощности пласта 3,5-5 м во всех горно-геологических условиях [1 ]. Отработка на полную мощность пластов мощностью до 6м может оказаться эффективной только при весьма благоприятных условиях.

    Основными факторами, ограничивающими мощность вынимаемого пласта,

являются повышенное проявление горного давления и как следствие отжимы угля и связанные с последним повышенные вывалообразование и опасность в призабойной зоне, а также громоздкость очистного оборудования.

Лист

26

Повышенную сложность  и опасность представляют также  зоны сопряжений очистного забоя с выемочными штреками. Безопасная глубина отжима угля 0,8 м при вынимаемой мощности пласта 5 м имеет место при слабых углях до глубины разработки 150 м, при крепких углях — до 600 м.

    Снижение  опасности проявления горного давления и отжима угля в очистном забое достигается увеличением сопротивления механизированной крепи, применением противоотжимных оградительных щитков и технологическим формированием поч-воуступных забоев.

    Отжиму  угля способствует усиленное напряженное  состояние и трещинообразование у верхней кромки очистного забоя, что используется в ряде конструкций, механизированных крепей созданием выдвижных скалывающих козырьков. Ослабленная угольная пачка угольного пласта скалывается выдвижным козырьком-скалывателем после прохода очистного комбайна. Преимущество данной технологии состоит в том, что имеется возможность увеличения подачи комбайна, а применение ее позволило снизить простои забоя из-за вывалов кровли на 25-30% [1].

    Применение  способа выемки со скалыванием верхней  пачки эффективно при отсутствии или наличии незначительной спайки пласта с кровлей. На пластах с сильной спайкой пласта с кровлей для скалывания верхней пачки требуются значительные усилия (до 500-580 кН) скалывателя, что усложняет конструкцию крепи — процесс скалывания сопровождается отклонением секций крепи в сторону выработанного пространства на угол 1-2°.

    Основным  недостатком способа выемки со скалыванием  верхней пачки, ограничивающим его применение, является трудность образования верхней пачки заданной мощности. При полной мощности пласта до 6,5-7 м с кровлей неустойчивой и средней устойчивости применяется технология отработки пласта с выпуском подкровельной пачки при отработке подсечного слоя. В подсечном слое, применялись механизированные комплексы различных типов: КМ-81 Э, КМ-81 В, КМ-130, ОКП-70, ОКП-79В, КМ-1 ЗОИ, КТУ-2М, KHK-M, ZFS и др.

Лист

27

Раскройка пластов  по мощности в большинстве случаев производится таким образом, что мощность нижнего подсечного слоя принимается равной 2,6-3,2 м, а мощность пачки изменяется от 1,5 до 7,4 м [2].

    Предельная  мощность подкровельной угольной пачки, при которой уголь пачки равномерно саморазрушается и самообрушается, при легко — и среднеобрушающихся породах кровли составляет 4-4,5 м, при труднообрушаемых породах кровли мощность разрушений и высота обрушений подкровельной пачки достигает до_7 м,^)днако эффективность выпуска угля из-за неравномерности его разрушений и непериодичности обрушений снижается, а потери угля достигают 5 % и более.

    Существенное влияние на выпуск угля из подкровельных пачек оказывает направление отработки выемочных столбов. Наиболее благоприятные условия для выпуска угля обеспечиваются при отработке столба по падению пласта.

    Состояние подкровельной угольной пачки определяется двумя основными факторами: давлением пород кровли, с которыми она контактирует, и сопротивлением крепи подсечного слоя при ее распоре и последующем поддержании подкровельной пачки [2].

    Основным  параметром, определяющим устойчивость подкровельной пачки угля, является ее мощность. С увеличением мощности подкровельной пачки ее устойчивость возрастает, с уменьшением мощности устойчивость снижается.

    Угольная  пачка мощностью до 1,6 м разрушается  над крепью на всю мощность при  вынимаемой мощности подсечного слоя 2,6-3,5 м. С увеличением мощности подкровельной пачки до 2 м происходит ее расслоение. Нижняя часть пачки разрушается над крепью, верхняя часть мощностью 1-1,2 м зависает над крепью и обрушается над ограждающей частью крепи с шагом зависания 0,8-1 м.

    При увеличении мощности подкровельной пачки до 3,5-4м степень ее влияния на шаг обрушения пачки возрастает. При мощности подкровельной пачки 5 м шаг ее обрушения достигает 4-6 м.

Лист

28

Силовые параметры  механизированной крепи оказывают  существенное влияние на геомеханическое состояние подкровельной пачки. Увеличение начального распора крепи вызывает снижение расслоения угля подкровельной пачки. Концентрация напряжений и высота разрушения угля в подкровельной пачке с увеличением рабочего сопротивления крепи снижается. При увеличении рабочего сопротивления крепи с 200 до 1200 кН/м² концентрация напряжений в подкровельной пачке в зоне опорного давления снижается с 1,8 до 0,55, а высота расслоения угля в пачке мощностью 5 м — на 1,2 м [2].

    'Характер  проявления горного давления при отработке пластов с выпуском подкровельной пачки определяется типом кровли пласта. При легкой и средней обрушаемости пород кровли подкровельная пачка мощностью 5 м обрушается с шагом 3-4 м. При труднообрушаемых породах периодичность обрушения подкровельной пачки нарушается. Поведение подкровельной пачки зависит от шага обрушения основной кровли, от продолжительности формирования шага обрушения. В периодах между обрушениями кровли угольная пачка зависает за крепью и обрушается в выработанном пространстве, а при обрушении кровли происходит разрушение угольной пачки впереди очистного забоя, появляются отжим угля, вывалы пород в рабочее пространство подсечного слоя. Самообрушению угольной пачки способствуют геометрические параметры механизированной крепи (табл. 1). 

Лист

29

Таблица 1.

Геометрические  параметры механизированной крепи

    Опыт  показывает, что наиболее целесообразны  для условий выпуска угля механизированные крепи поддерживающе-ог-радительного типа. При длинных поддерживающих элементах механизированной крепи, когда наиболее полно используется геомеханическое взаимодействие перекрытия с подкровельной пачкой, обеспечивается более эффективное саморазрушение и самообрушение последней.

    При полной мощности пласта 9-12 м применяется  технология отработки наклонными слоями с выпуском межслоевой пачки угля [1,2,3], когда пласт по мощности разделяется на два слоя, разрабатываемых последовательно в нисходящем порядке. Верхний (монтажный) слой мощностью до 2-3 м обеспечивает разрушение пород кровли, нижний слой — выпуск межслоевой толщи.

    Устойчивость  межслоевой пачки зависит от глубины горных работ, параметров пачки (мощность, консоль и угол наклона), давления обрушенных пород на межслоевую пачку. На устойчивость пачек оказывает значительное влияние опорное давление впереди очистного забоя.

Лист

30

Наиболее благоприятные условия для разрушения угля в межслоевой пачке появляются при опережении забоем верхнего (монтажного) слоя забоя подсечного слоя на 2-6 м.

    Установлено, что при надработке межслоевой пачки  верхним (монтажным) слоем максимальная мощность межслоевой пачки, при которой происходят ее разрушение горным давлением и обрушение над крепью, составляет 3-4 м. При большей мощности происходят ее расслоение и обрушение слоев с различным шагом. При этом верхние слои пачки обрушаются за крепью, уходя в завал. Отработку верхнего (монтажного) и подсечного слоев целесообразно производить одновременно с указанным выше опережением забоев.

    Для предотвращения разрушения межслоевой пачки угля, высыпания ее в подсечной  слой и прорыва пород минимальная мощность межслоевой пачки выбирается из условия неразрушения ее горным давлением и усилиями крепи подсечного слоя. Установлено, что минимальная мощность межслоевой пачки должна быть не менее 0,6 м. Эффективность выпуска угля из межслоевой пачки определяется параметрами пачек (мощность, консоль ее зависания), геометрическими параметрами выпускного отверстия в секциях крепи и способом управления выпускными отверстиями.

    Межслоевая  пачка одновременно взаимодействует  с обрушенными породами кровли после отработки верхнего (монтажного) слоя и с механизированной крепью подсечного слоя. С увеличением рабочего сопротивления крепи мощность устойчивой межслоевой пачки уменьшается. Так, при сопротивлении крепи 400-500 кН/м² устойчивая мощность межслоевой пачки составляет 1,2-1,0 м; при 750-800 кН/м² — 0,6-0,8 м.

    Основными факторами, определяющими саморазрушение и самообрушение межслоевых и  подкровельных пачек угля, являются:

• мощность межслоевой (подкровельной) пачки угля и его физико-механические свойства;
• тип пород активной кровли по устойчивости и обрушаемос-ти,

Лист

31

определяющий  процесс формирования горного давления в зоне опорного давления впереди  забоя подсечного слоя и характер обрушения кровли;

• глубина ведения горных работ;
• тип механизированной крепи в подсечном слое и ее силовые параметры.

    Мощность  подсечного слоя оказывает существенное влияние на весь технологический  процесс. Увеличение мощности приводит к осложнению геомеханических процессов и работ в подсечном слое. Установлено, что рациональная мощность составляет 2,8-3 м, предельную рекомендуется ограничивать 3,5 м.

    При мощности пласта более 12м применяется  технология отработки наклонными слоями с одновременной отработкой слоев  или по схеме «слой-пласт».

    Различия  в вариантах технологии разработки пластов наклонными слоями связаны в основном со способностью обрушенных пород кровли к слеживанию и образованию искусственной кровли (табл.2) [1].

    Таблица 2.

Способность обрушенных пород  кровли к слеживанию и образованию  искусственной кровли

Лист

32

Породы первой группы встречаются на шахтах Челябинского бассейна, Ленинск-Кузнецкого района Кузбасса, Приморья, Карагандинского бассейна.

    Пласты  первой группы пород, как правило, отрабатываются слоями с выемкой их последовательно  по схеме «слой-пласт» с образованием искусственной кровли посредством отработки обрушенных пород кровли при выемке верхнего слоя глинистой пульпой, которая имеет консистенцию Т:Ж не ниже 1:3. Расход глинистой пульпы — от 0,2 до 0,3 м³/м². Время образования искусственной кровли зависит от глубины горных работ и типа пород непосредственно кровли. Прочность искусственной кровли толщиной 0,4-0,8 м должна быть не менее 0,8-1,1 МПа, что достигается на глубине горных работ более 120 м через 12-18 мес. Глинистую пульпу в выработанное пространство действующего очистного забоя подают с помощью трубопроводов.

    Образование искусственной кровли происходит в  результате уплотнения и слеживания обрушенных пород непосредственной кровли. Уплотнение пород зависит от их гидравлических свойств и величины воздействующего на них давления, сле-живаемость — от времени нахождения уплотненных пород под нагрузкой.

    Породы  кровли второй группы образуют при  обрушении куски средних размеров. Эта масса породы с помощью вяжущих растворов может быть превращена в искусственную кровлю на почве смежного вышележащего слоя. В качестве вяжущих растворов используют растворы следующих составов:

      — отходы цементного производства — 33 %, зола — унос ТЭЦ

      — 33%, вода —34%;

      — цемент М250 — 8-12%, зола — унос ТЭЦ — 54-58%, вода

      — 34%.

      Отработка пластов с породами кровли третьей  группы осуществляется одновременной отработкой слоями с возведением гибкого металлического перекрытия различных конструкций. Важное значение при этом способе отработки имеет несущая способность гибкого перекрытия и опережение между слоями.

Лист

33

В качестве гибкого  перекрытия используются металлические  полосы сечением 3,2450 мм, металлическая  или оцинкованная сетка.

    Выбор рациональной конструкции межслоевого  перекрытия производится исходя из следующих условий:

• прочность перекрытия при растяжении больше растягивающих усилий;
• необходимые прочностные свойства сохраняются в течение всего срока службы межслоевого перекрытия;
• обеспечивается механизированное возведение перекрытия;
• возведение перекрытия должно быть экономически оправдано;
• обеспечиваются санитарные нормы запыленности воздуха при работе под гибким перекрытием в нижележащем слое.

    Анализируя  результаты исследований, выполненных  КузНИУИ, КНИУИ, ВНИМИ, при одновременной отработке двух слоев при выемке пластов с неслеживающимися породами кровли, следует отметить, что для обеспечения безопасных условий работ в очистных забоях, а также устойчивости подготовительных выработок в нижележащем слое опережение между очистными забоями в смежных слоях следует применять равным 1,5-2 шага обрушения пород основной кровли.

    При отсутствии резких вторичных осадок кровли, а также при одновременной  выемке нижележащих слоев опережение очистных забоев принимают менее 1,5 шага обрушения основной кровли. Эксплуатацию очистного забоя по второму слою следует начинать не ранее, чем в верхнем слое произойдет первая осадка пород основной кровли. При недостаточном опережении между очистными забоями в смежных слоях снижается устойчивость кровли в слоях из-за их взаимного влияния и могут сказываться динамические нагрузки на крепь, а значительное опережение ведет к деконцентрации горных работ, что отрицательно влияет на состояние подготовительных выработок и межслоевое перекрытие в условиях агрессивной шахтной среды. 
 

Лист

34

    Основная  сущность технологии отработки пластов  мощностью 7-7,5 м камерно-столбовой  системой разработки слоями заключается в разделении технологических процессов проведения камер и отработки междукамерных целиков на отдельные этапы и в соблюдении строгой последовательности (см. рисунок).

    Вышеописанная технология применялась при отработке  пласта III на шахте «Углекоп». 
 

Технология  проведения и углубки  камеры (1-й и 2-й  этапы), погашение межкамерного целика (3-й, 4-й и 5-й этапы). 

Лист

35

     11.Список  используемой литературы 

1. Саламатин А. Г. Подземная разработка мощных пологих угольных пластов. — М.: Недра. — 1997 — 407 с.
2. Выбор параметров технологии отработки мощных пологих пластов с выпуском межслоевых и подкровельных пачек угля / И. А. Шундулиди, А. С. Марков, С. И. Калинин, П. В. Егоров — Кемеровское отделение Академии горных наук. — Кемерово: 1999. — 257 с.
3. Направления развития отработки пологих пластов высокопроизводительными очистными забоями / А. В. Ремезов, В. П. Белов, А. П. Егоров, Е. А. Косьминов, Ю. Н. Морозов. — Кемерово: 1993. —291 с.
4. Технология отработки пологих и наклонных угольных пластов по камерно-столбовой системе в сложных горно-геологических условиях / А. В. Ремезов, П. В. Егоров, С. И. Калинин и др. — Кемерово: Кузбассвузиздат. — 2005 — 223 с.

Лист

36

Лист

37

Лист

38

Лист

39

Лист

40

Лист

40