Технология ведения очистных работ

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 А_р – сопротивляемость угля резанию в неотжатом массиве, 2,7 кН/см;

К_от – 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],

v_ппр1, v_ппр2 – значения скорости подачи комбайна, соответствующее m₁ и m₂, при А_р<А_рф 10 и 8,2 м/мин [3], и при А_р>А_рф 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 k_пк – 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 F_т – 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 F_т = 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 v_крт – скорость крепления при последовательной схеме передвижки крепи, 2,4 м/мин [3],

k_сх – коэффициент учитывающий схему передвижки крепи, 1 [3],

k_уп – коэффициент снижения скорости крепления с увеличением угла падения пласта:

k_уст – 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 m_min – 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];

а_р – величина запаса раздвижности для разгрузки крепи, 50 мм [3].

мм.

Необходимая максимальная конструктивная высота крепи

,

где m_max – максимальная вынимаемая мощность пласта в пределах выемочного поля, 1690 мм [3];

b_п – 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;

∆l_оз – разность длин очистного забоя (принятой и нормативной), (200-150)=50 м;

n_см – число смен по добыче угля, 3 смены;

Т_см – продолжительность смены, 360 мин;

γ – плотность угля в массиве без учета присекаемых пород, 1,4 т/м³;

k_г – коэффициент, учитывающий горно-геологические условия, 0,9;

k_э – поправочный коэффициент зависящий от срока эксплуатации комплекса, 1 т.к. комплекс принимаем новый.

т/сут.

Расчет нагрузки на забой по производительности комбайна.

,

t_пз – продолжительность подготовительно-заключительных операций, принимаем 25 мин;

l_л – длина лавы, ориентировочно принимаем равной длине комплекса в поставке, 200 м;

с – коэффициент извлечения угля в очистном забое, 0,98;

Т_ц – длительность цикла по выемке угля:

,

где t_в – продолжительность выемки угля комбайном в течение цикла

,

где Σl_н – суммарная длина ниш, 0 м.

v_п – скорость подачи комбайна при выемке угля, 2,04 м/мин

К_г – коэффициент готовности выемочного оборудования, 0,85;

∆t_во – относительные затраты времени на вспомогательные операции, отнесенные к 1 м лавы, 0,1 мин/м;

К_о – 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,

,

V_пз – скорость подачи комбайна при зачистке угля, V_пз =0,8*6=4,8 м/мин;

t_к – длительность концевых операций, мин, рассчитывается на основании регрессионных зависимостей, установленных ДонУГИ (таблица 1.8 [3])

,

где h – мощность пород непосредственной кровли, 12 м;

l_у – длина участка лавы на сопряжении с пройденной в массиве выработкой, м

,

Н – глубина заложения выработки, средняя глубина для наклонной выработки 478 м,

м,

l_упи – 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 q_р – относительная метанообильность, рассчитывается по формуле:

,

где q’_пл – относительное метановыделение из разрабатываемого пласта в пределах очистного забоя, определяется по формуле:

,

q_тр – относительное метановыделение из отбитого угля при его транспортировании по участковой выработке, ;

q_пл – относительное метановыделение из пласта, 14 м³/т;

м³/т

k_д.пл – коэффициент дегазации пласта, принимаем 0,4;

k_в.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;

q_в.п – относительное метановыделение из смежных пластов и пропластков, вмещающих пород в выработанное пространство, 10 м³/т;

м³/т.

k_о.з – коэффициент, учитывающий движение части воздуха по выработанному пространству, примыкающему к призабойному, принимается равным 1,2;

Q_р – расход воздуха, который проходит по выработкам, рассчитывается по формуле:

V_max – максимально допустимая по ПБ средняя скорость движения

воздуха в призабойном пространстве, 4 м/с;

F_оч – минимальная площадь поперечного сечения призабойного пространства лавы в свету:

,

где F_min и F_max – 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 b_з – величина зазора между подвижным составом и крепью, 0,25 [2];

b_конв – ширина конвейера, 1,1 м [6];

b_промеж – зазор между конвейером и подвижным составом, 0,4 м [2];

b_ваг – ширина подвижного состава, 0,85 м [6];

b_прох – 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 V_max – 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.