ХАРАКТЕРИСТИКА МЕСТОРОЖДЕНИЯ
В пределах шахтного поля планируется отработка трех пластов. Пласты тонкие и средней мощности [1]: m 1=1,70 м, m 2=1,54 м, m 3=1,07 м. По углу падения пласты пологие – α =10º.
Согласно заданию система разработки проектируется для пласта m 2.
Шахта относится к сверхкатегорной по метану [2], принимая газовыделение данное в задании.
Сопротивляемость угля резанию в неотжатом массиве составляет 270 кН/м.
Начальная глубина ведения работ 600 м.
Расстояние между пластами составляет: m 1 – m 2=60 м, m 2 – m 3=40 м.
Разрабатываемый пласт является опасным по взрывам угольной пыли и склонен к самовозгоранию. Пласт опасен по внезапным выбросам угля и газа.
Приток воды в очистной забой составляет 2 м3/час.
Вмещающие породы, принятого к отработке пласта:
Непосредственная кровля – глинистый сланец, мощность 12 м, крепость по шкале проф. Протодьяконова f =3, категория пород кровли по устойчивости (по данным таблицы А.2 [3]) Б3.
Основная кровля – песчаный сланец мощностью 16 м и крепостью f =6, категория пород по обрушаемости (по данным таблицы А.1 [3]) А2.
Почва – песчаник мощностью 4 м, и крепостью f =7, категория породы почвы по устойчивости (по данным таблицы А.3 [3]) П3.
ТЕХНОЛОГИЯ ВЕДЕНИЯ ОЧИСТНЫХ РАБОТ
Управление кровлей в очистном забое следует применять – полное обрушение, в соответствие с рекомендациями табл. А1 [3]. Это наиболее простой способ, который позволяет применять в очистном забое механизированную крепь.
При выемке угольных пластов средней мощности с коксующимся углем можно применять механизированные комплексы в сочетании с узкозахватными комбайнами с симметричным расположением шнеков, которые отличаются повышенным выходом штыба. Так как пласт угля выбросоопасный, то применяется технологическая схема с односторонней выемкой угля с холостым перегоном комбайна и зачисткой лавы.
2.1 Способ управления кровлей, мероприятия по увеличению устойчивости боковых пород, обоснование типа призабойной крепи
Так как по исходным данным категория пород по обрушаемости А2 – рекомендуемый способ управления кровлей полное обрушение. Дополнительных мероприятий по разупрочнению пород проводить не требуется (в соответствии с рекомендациями [3]).
Нижний слой пород кровли – категории Б3, что позволяет применять механизированные крепи без ограничений.
Породы почвы средней устойчивости (П3) также позволяет применять механизированную крепь.
Дополнительных мероприятий для пород кровли и почвы проводить нет необходимости.
Таким образом, окончательно принимаем способ управления кровлей в очистном забое – полное обрушение. В качестве средств крепления очистного забоя принимаем механизированную крепь.
Способ отбойки угля в очистном забое и основные параметры работы выемочных машин
В соответствии рекомендациям [3] применение струговой выемки не целесообразно в заданных условиях, большая мощность пласта.
Проектируем применение комбайновой выемки угля в очистном забое.
На основании рекомендаций приведенных в приложении Б [3] в качестве выемочной машины возможно применение узкозахватных комбайнов 1ГШ68, 2ГШ68Б, РКУ 10, РКУ 13, ГШ500, КШ1КГУ, К10П.
Применение комбайнов данного типа возможно в составе комплексов 3МКД90, КМ138, 1КМ88,2КМ87УМ, 2КМ87УМН, 2КМ87УМП, 1КМТ, 2КМТ, МК75Б, 1МКБ, 1ОКП70, 2ОКП70.
Окончательно принимаем для проектирования комбайн 2ГШ68Б в составе механизированного комплекса 3МКД90.
Рассчитываем скорость подачи комбайна по следующей методике [3].
Сопротивляемость угля резанию в призабойной части пласта
,
где Ар – сопротивляемость угля резанию в неотжатом массиве, 2,7 кН/см;
Кот – коэффициент отжима угля, определяется по формуле:
,
где r – ширина захвата комбайна, 0,8 [3];
m – вынимаемая мощность пласта, 1,54 м.
,
кН/см.
Определяем возможную скорость подачи комбайна по мощности привода
,
где m1 и m2 – соответственно минимальное и максимальное значение вынимаемой мощности пласта для данного типа комбайна, соответственно 1,35 и 2,5 м [3],
vппр1, vппр2 – значения скорости подачи комбайна, соответствующее m1 и m2, при Ар<Арф 10 и 8,2 м/мин [3], и при Ар>Арф 9 и 5,4 м/мин.
м/мин,
м/мин.
Окончательно возможная скорость подачи комбайна, по мощности привода, при фактической сопротивляемости угля резанию определяется как
,
где kпк – коэффициент увеличения скорости подачи комбайна при выемке хрупких углей, 1,15 [3].
м/мин.
Определяем составляющую силы резания в направлении подачи комбайна
где F’п и F”п – составляющие силы резания в направлении подачи комбайна, 76 и 108 кН соответственно [3],
кН.
Возможная скорость подачи комбайна по допустимому тяговому усилию механизма подачи
,
где Fт – тяговое усилие подающей части комбайна, 250 кН [3],
G – масса комбайна, 17 т [3],
α – угол падения пласта, при лаве расположенной по падению 10º,
м/мин.
Рассчитанная скорость больше допустимой скорости подачи 10 м/мин < 20 м/мин.
Повторяем расчет при Fт = 125 кН [6],
м/мин.
Окончательно принимаем скорость подачи комбайна равной 4,8 м/мин.
Возможная скорость подачи комбайна, обусловленная скоростью крепления комплексно-механизированной лавы
,
где vкрт – скорость крепления при последовательной схеме передвижки крепи, 2,4 м/мин [3],
kсх – коэффициент учитывающий схему передвижки крепи, 1 [3],
kуп – коэффициент снижения скорости крепления с увеличением угла падения пласта:
kуст – коэффициент, учитывающий устойчивость и обводненность пород кровли и почвы, 1,0 для устойчивых пород [3].
м/мин.
Скорость подачи комбайна не ограничивается скоростью передвижения машиниста при выемке угля.
Окончательно скорость подачи комбайна при выемке угля принимаем из условия
м/мин.
2.2 Выбор типоразмера крепи в лаве
В результате анализа устойчивости и обрушаемости пород кровли, мощности и угла падения пласта, с техническими характеристиками крепей можно сделать вывод, что для данных условий подходят крепи типа: 3КД90, 2М87УМ, 1К85Б, 1КБ, 1ОКП70.
Руководствуясь рекомендациями, изложенными в [3], для дальнейшего рассмотрения принимаем механизированную крепь нового технического уровня типа 3КД90.
Выбор типоразмера механизированной крепи.
Необходимая минимальная конструктивная высота крепи
,
где mmin – минимальная вынимаемая мощность пласта в пределах выемочного поля, 1390 мм, в соответствии с рекомендациями [3];
b3 – расстояние от забоя до задней стойки крепи, 4,375 м [3];
α – коэффициент, учитывающий опускание пород кровли в лаве на 1 м ширины призабойного пространства в долях от мощности пласта, 0,025 [3];
ар – величина запаса раздвижности для разгрузки крепи, 50 мм [3].
мм.
Необходимая максимальная конструктивная высота крепи
,
где mmax – максимальная вынимаемая мощность пласта в пределах выемочного поля, 1690 мм [3];
bп – расстояние от забоя до передней стойки крепи, 3,07 м.
мм.
Сравниваем полученные значения с конструктивными параметрами крепи:
Условие выполняется – выбранный типоразмер комплекса можно применять в заданных условиях.
2.3 Расчет объема суточной добычи угля в лаве
Величина нормативной нагрузки на очистные забои
,
где А0 – нормативная нагрузка на очистной забой, т/сут, равна:
,
где m1 и m2 – соответствующие ближайшее меньшее и большее табличные значения вынимаемой мощности пласта, 1,2 и 1,7 м;
А1 и А2 – табличные значения нормативных нагрузок, 960 и 1660 т/сут,
т/сут.
а – поправка к нормативу нагрузки при изменении длины очистного забоя на 1 м, 2,4 т/сут;
∆lоз – разность длин очистного забоя (принятой и нормативной), (200-150)=50 м;
nсм – число смен по добыче угля, 3 смены;
Тсм – продолжительность смены, 360 мин;
γ – плотность угля в массиве без учета присекаемых пород, 1,4 т/м3;
kг – коэффициент, учитывающий горно-геологические условия, 0,9;
kэ – поправочный коэффициент зависящий от срока эксплуатации комплекса, 1 т.к. комплекс принимаем новый.
т/сут.
Расчет нагрузки на забой по производительности комбайна.
,
tпз – продолжительность подготовительно-заключительных операций, принимаем 25 мин;
lл – длина лавы, ориентировочно принимаем равной длине комплекса в поставке, 200 м;
с – коэффициент извлечения угля в очистном забое, 0,98;
Тц – длительность цикла по выемке угля:
,
где tв – продолжительность выемки угля комбайном в течение цикла
,
где Σlн – суммарная длина ниш, 0 м.
vп – скорость подачи комбайна при выемке угля, 2,04 м/мин
Кг – коэффициент готовности выемочного оборудования, 0,85;
∆tво – относительные затраты времени на вспомогательные операции, отнесенные к 1 м лавы, 0,1 мин/м;
Ко – коэффициент учитывающий отдых рабочих и непредвиденные простои, 1,1 [3];
мин.
у – переменная, учитывающая схему работы комбайна, 0 [3];
t3 – продолжительность зачистки угля комбайном в течение цикла, мин,
,
Vпз – скорость подачи комбайна при зачистке угля, Vпз =0,8*6=4,8 м/мин;
tк – длительность концевых операций, мин, рассчитывается на основании регрессионных зависимостей, установленных ДонУГИ (таблица 1.8 [3])
,
где h – мощность пород непосредственной кровли, 12 м;
lу – длина участка лавы на сопряжении с пройденной в массиве выработкой, м
,
Н – глубина заложения выработки, средняя глубина для наклонной выработки 478 м,
м,
lупи – длина участка лавы на сопряжении с повторно используемой выработкой
м.
мин.
мин.
Так как концевые операции выполняются на обоих концах лавы рассчитываем усредненное значение затрат времени на концевые операции:
мин.
мин.
т/сут.
Рассчитываем нагрузка на забой по газовому фактору.
Максимально допустимая нагрузка на очистной забой по газовому фактору
,
где qр – относительная метанообильность, рассчитывается по формуле:
,
где q’пл – относительное метановыделение из разрабатываемого пласта в пределах очистного забоя, определяется по формуле:
,
qтр – относительное метановыделение из отбитого угля при его транспортировании по участковой выработке, 
;
qпл – относительное метановыделение из пласта, 14 м3/т;
м3/т
kд.пл – коэффициент дегазации пласта, принимаем 0,4;
kв.п – коэффициент, учитывающий метановыделение из выработанного пространства в призабойное пространство лавы, равен 0 для схем проветривания с направлением исходящей струи воздуха на выработанное пространство;
k – коэффициент, учитывающий возможность поступления метана из отбитого угля в лаву, равен 0 при обособленном разбавлении вредностей;
qв.п – относительное метановыделение из смежных пластов и пропластков, вмещающих пород в выработанное пространство, 10 м3/т;
м3/т.
kо.з – коэффициент, учитывающий движение части воздуха по выработанному пространству, примыкающему к призабойному, принимается равным 1,2;
Qр – расход воздуха, который проходит по выработкам, рассчитывается по формуле:
Vmax – максимально допустимая по ПБ средняя скорость движения
воздуха в призабойном пространстве, 4 м/с;
Fоч – минимальная площадь поперечного сечения призабойного пространства лавы в свету:
,
где Fmin и Fmax – соответственно минимальная и максимальная площадь поперечного сечения лавы в свету, 2,7 и 4,0 м2 [3];
m’min и m’max – минимальная и максимальная мощность пласта, вынимаемая комплексом, 1,35 и 2,0 м.
м2.
м3/мин.
т/сут.
Газовый фактор не является ограничивающим.
Производим окончательный выбор суточной нагрузки на очистной забой из условия.
т/сут.
2.4 Проектирование технологии работ на концевых участках лавыи конструкции сопряжений ее с участковыми выработками
Принимаем форму сечения выработки – арочную. Так как кровля пласта представлена породами малой крепости (3) выработки проводим по пласту с подрывкой пород кровли, а почву оставляем. В качестве крепления применяем податливую металлическую арочную крепь.
Исходя из габаритов транспортных средств и регламентированной ПБ шириной зазоров и проходов:
где bз – величина зазора между подвижным составом и крепью, 0,25 [2];
bконв – ширина конвейера, 1,1 м [6];
bпромеж – зазор между конвейером и подвижным составом, 0,4 м [2];
bваг – ширина подвижного состава, 0,85 м [6];
bпрох – величина регламентированного прохода для людей между крепью и конвейером, 0,7 м [2].
м.
Принимаем стандартное сечение выработки с шириной более 3,3 м в свету после осадки 
м2, с шириной выработки 3,66 м.
Сечение выработки по скорости движения воздуха.
м2.
где Vmax – максимально допустимая скорость движения воздуха по выработке установленная ПБ, 6 м/с [2].
Сечение выработки по обеспечению безнишевой технологии принимаем по рекомендациям [3] – 12,1 м2.
В качестве проектной площади поперечного сечения выработки принимаем типовое сечение, удовлетворяющее условию:
м2.
Принимаем стандартное сечение 12,1 м2 в свету после осадки.
Охрана выработок осуществляется следующими средствами:
Воздухоподающий ходок поддерживается одним рядом костров и чураковой стенкой на глине, для поддержания тупика погашения и изоляции выработанного пространства.
Выемочный бремсберг охраняется бутовой полосой шириной 8*1,54=12 м, один ряд обрезной органной крепи, и чураковая стенка на глине.
Сопряжение выработок с лавой поддерживается механизированной крепью сопряжения, входящей в состав комплекса – КСД90.
Бутовая полоса возводится вручную, порода берется из бутового штрека.
Подготовка комбайна на концевых участках лавы для снятия следующей стружки заключается в следующем: осмотр комбайна и замена зубков, самозарубка комбайна в пласт – фронтально. Погашение выработок в добычную смену не производится.
Для уточнения длины лавы и параметров цикла выемки угля корректируем количество циклов по выемке угля за сутки
,
Окончательно принимаем 4 цикла в сутки.
Длина лавы
м.
Длительность цикла по выемке угля комбайном
мин.
Длительность выемки угля комбайном в течение цикла
мин.
