Технология подземных горных работ

    1.11. Очистные работы  в угольных шахтах

    1.11.1. Технологические  схемы очистных  работ

    Под очистными работами понимают собственно выемку полезного ископаемого, крепление забоя и управление кровлей. Очистная выемка — это совокупность процессов отбойки, погрузки на забойный конвейер и доставки угля до ближайшей транспортной выработки (конвейерного штрека, бремсберга, уклона и др.). Названные процессы очистных работ характерны для пологих и наклонных пластов, где широко применяется комплексная механизация. В других условиях могут отсутствовать такие процессы, как крепление и управление кровлей, погрузка и механизированная доставка угля в забое.

    Очистная  выемка является главным процессом  очистных работ. Крепление забоя и управление кровлей должны обеспечить нормальное выполнение работ по очистной выемке.

    Очистной  забой — забой, в котором осуществляется массовая добыча полезного ископаемого. По технологическому принципу очистные забои подразделяются на длинные и короткие. Принято забои длиной более 20 м считать длинными, менее — короткими. Технологии выемки угля в длинных и коротких забоях существенно различны. Для них созданы принципиально различные средства механизации, транспорта и крепления. Подготавливающие выработки, примыкающие к длинному очистному забою, называют выемочными. При выемке по простиранию ими являются конвейерный и вентиляционные штреки.

    В длинных очистных забоях, называемых лавами, применяют две схемы выемки: фланговую и фронтальную. При фланговой схеме (рис. 1.22,а) отделение угля от массива осуществляется выемочной машиной, перемещающейся вдоль забоя перпендикулярно к направлению его подвигания. В зависимости от ширины захвата выемочной машины различают широкозахватную, узкозахватную и струговую выемку угля. При широкозахватной выемке ширина захвата более 1 м, узкозахватной — 0,5—1,0 м, струговой—0,03—0,15 м. Широкозахватная выемка в настоящее время не применяется. Основными выемочными машинами в длинных очистных забоях на современном этапе развития технологии угледобычи являются узкозахватные комбайны. В отечественной практике струговая выемка распространения не получила.

    Рисунок 1.22 - Технологические схемы очистных работ: а — фланговая (7 — выемочная  машина; 2 — забойный конвейер; 3 —  штрековый перегружатель; г— ширина захвата выемочной машины); б — фронтальная (3 — перегружатель; 4—выемочная машина); в—в коротком очистном забое (1 —гидромонитор; 2— высоконапорный трубопровод)

    При фронтальной выемке (рис. 1.22,б) отделение  угля от массива осуществляется выемочным агрегатом одновременно по всей длине очистного забоя. Такая технология позволяет осуществлять добычу угля без постоянного присутствия людей в очистном забое. Испытаны отдельные опытные образцы.

    В отечественной практике выемка угля короткими очистными забоями более или менее широкого применения не имеет. Выемку угля короткими очистными забоями применяют, в частности, при гидродобыче (рис. 1.22, в).

    На  шахтах России и СНГ основную добычу дают длинные очистные забои. Они  могут быть различно ориентированы (рис. 1.23) относительно элементов залегания  пласта. Они могут быть расположены  по падению (а) или простиранию (б, в) пласта, а перемещаться по простиранию, падению или восстанию. Иногда имеет место иная ориентация забоев относительно простирания и падения: они могут располагаться, например, диагонально. Преимущественно на шахтах забои располагают по падению пласта. Иное расположение очистных забоев обусловливается влияющими факторами.

    Отделение угля от массива и его дробление  осуществляют комбайнами, стругами, агрегатами, гидромониторами, механо-гидравличсскими  машинами и буровзрывными работами. Наиболее распространена в длинных очистных забоях выемка угля комбайнами.

    Рисунок 1.23 - Схемы подвигания очистных забоев: а—по простиранию; б—по падению; в—по восстанию

    1.11.2. Механизированная  выемка угля в  длинных очистных забоях

    Основным  средством механизированной выемки угля на пологих и наклонных пластах являются очистные комбайны. Очистной угольный комбайн — машина, одновременно выполняющая в забое операции по отделению угля от массива, дроблению его до кусков транспортабельного размера и навалке на забойный конвейер. Угольный комбайн как выемочная машина состоит из электродвигателя, механизма подачи, исполнительного органа, погрузочного устройства и систем управления и пылеподавления.

    Действие  исполнительных органов большинства  комбайнов основано на принципе механического разрушения угля. Наиболее эффективными являются такие исполнительные органы, при работе которых в угле возникают растягивающие напряжения без образования объемного напряженного состояния.

    Исполнительные  органы комбайнов должны удовлетворять ряду требований, основными из которых являются: высокая производительность: малая удельная энергоемкость процесса разрушения; высокий КПД; простота конструкции; высокая стойкость инструмента; высокая надежность работы; возможность автоматизации режимов работы; выполнение функций отбойки и погрузки угля; способность самозарубаться в пласт.

    Наибольшее  распространение получили барабанные и шнековые исполнительные органы, которыми оснащаются узкозахватные комбайны.

    Барабанный  исполнительный орган, литой или сварной конструкции, осуществляет разрушение угля путем скола с открытой поверхности забоя стружки толщиной 20—30 мм. Основными достоинствами барабанных исполнительных органов являются: простота конструкции; высокий КПД; возможность применения на углях любой крепости и вязкости. Недостатки: значительное измельчение угля и большое пылеобразование, невозможность самозарубки в пласт.

    Большинство современных узкозахватных комбайнов  оснащены шнековыми исполнительными органами. Основное их достоинство заключается в том, что шнеками осуществляется погрузка угля на конвейер. Принцип разрушения угля шнеками таков же, как и барабанами, но с некоторым снижением присущих им недостатков.

    Обычно  узкозахватные комбайны оснащены двумя  шнеками. Они располагаются либо с одной, либо с обеих сторон корпуса комбайна (рис. 1.24). Положение шнеков легко регулируется по высоте гидродомкратами, что позволяет осуществлять выемку угля при различной мощности пласта. Конструкция комбайнов допускает возможность фронтальной зарубки шнеков в пласт и механизированную выемку угля на концевых участках лавы без ниш. При этом приводная и концевая головки забойного конвейера должны быть вынесены в прилегающие к очистному забою выработки.

    В отличие от широкозахватных узкозахватные  комбайны перемещаются по раме забойного конвейера, располагаемого у забоя.

    Рисунок 1.24 - Узкозахватный комбайн со шнековым исполнительным органом: 1—шнеки; 2—конвейер;.3—пульт управления; 4—механизм подачи; 5—элекгродвигателъ; 6— погрузочный щиток

    Перемещение комбайна вдоль забоя осуществляется с помощью приводной звезды и калиброванной цепи, растянутой вдоль забоя и закрепленной по концам на головках забойного конвейера. Наличие цепной передачи обеспечивает перемещение комбайна по всей длине лавы без остановки. Наиболее совершенными являются комбайны с бесцепной передачей, при которой комбайн перемещается с помощью зубчатого колеса по цевочной рейке, закрепленной на раме конвейера.

    В настоящее время промышленностью  выпускаются различные типы узкозахватных комбайнов, предназначенные для работы в разнообразных горно-геологических условиях. Некоторые из них могут быть применены как с механизированными, так и индивидуальными крепями при углах падения до 35°.

    Наряду  с указанными комбайнами для механизации выемки угля на тонких крутых пластах, где применялись отбойные молотки, были созданы специальные комбайны. Узкозахватные комбайны для крутых пластов успешно работали при породах кровли не ниже средней устойчивости, так как по условиям эксплуатации крепь возводят или передвигают после выемки ленты шириной 0,9—1,0 м на всю длину лавы. Наибольшая эффективность работы комбайнов достигается в комплексе с механизированными крепями, исключающими трудоемкие работы по креплению и управлению кровлей.

    Важной  эксплуатационной характеристикой комбайна является его производительность.

    1.11.3. Доставка угля  в очистных забоях 

    На  угольных шахтах для доставки угля в длинных очистных забоях на пологих и наклонных пластах применяют скребковые конвейеры. Они получили широкое распространение, так как относительно просты по конструкции, пригодны к тяжелым условиям эксплуатации, приспособлены для работы с очистными комбайнами, стругами и механизированными крепями. Они являются базой современных механизированных комплексов.

    Скребковые  конвейеры должны удовлетворять  следующим требованиям: производительность должна быть выше максимальной производительности выемочной машины; обеспечение нормальной погрузки угля на штрековый перегружатель или конвейер; минимальная высота става конвейера со стороны забоя; обеспечение погрузки угля с почвы пласта при передвижении конвейера к забою; высокая надежность в работе.

    Скребковый  конвейер (рис. 1.25) состоит из верхнего и нижнего металлических желобов, по которым перемещается бесконечная цепь со скребками, состоящая из грузовой и порожняковой ветвей. По концам конвейера располагаются приводная и натяжная головки. Желоб конвейера собирают из отдельных секций (рештаков), соединяемых быстроразъемными замками. Цепь конвейера легко разбирается на отдельные отрезки. Благодаря этому конвейерный став можно быстро разобрать или собрать на новом месте, укоротить или удлинить его.

    Скребковые  конвейеры, применяемые для транспортирования  угля в лавах, необходимо периодически перемещать вслед за под-виганием очистного забоя. Перемещение скребковых конвейеров может быть двояким: путем полной разборки на части, переноски их на новое место и сборки; путем передвижки конвейера без разборки или по всей его длине, или последовательно частями за счет изгиба конвейерного става в горизонтальной плоскости.

    Скребковые  конвейеры, предназначенные для  транспортирования угля вдоль забоя, подразделяются на четыре типа:

    СП  — передвижные изгибающиеся (одно-, двух- и трехцепные);

    СР  — разборные переносные двухцепные;

    С — разборные переносные одноцепные;

    СК  — разборные переносные одноцепные с консольно расположенными скребками (ветви рештачного става расположены в горизонтальной плоскости). Скребковые конвейеры могут комплектоваться двумя или четырьмя двигателями.

     Рисунок 1.25 -  Схема передвижного скребкового  конвейера: 1—головной привод; 2—натяжной привод; 3,5— головной и хвостовой рештаки; 4 — рештачный став; 6 — скребковая цепь; 7 — лемех для зачистки почвы в забое от угля; S— направляющая для комбайна; 9, 10 — борта для кабелеукладчика

    В последнем случае двигатели устанавливают  по два в головной и хвостовой частях конвейера. Передвижные конвейеры оборудуются подборщиком угля, оставшегося на почве за комбайном. Могут применяться как с индивидуальной, так и с механизированными крепями при углах падения до 35°.

    Достоинства скребковых конвейеров: высокая прочность  конструкции; небольшая высота погрузки; возможность движения выемочной машины по ставу конвейера, а также механизированной передвижки конвейера гидродомкратами без разборки; возможность изменения направления грузопотока.

    Вместе  с тем скребковые конвейеры имеют  ряд недостатков, основными из которых являются: быстрый износ желобов, цепей и скребков вследствие трения перемещаемого по желобу угля, особенно с увеличением его абразивности; возможность заклинивания цепей на звездочках; высокий расход энергии; значительное измельчение угля; ограниченные возможности удлинения одного става и повышения производительности.

    Доставка  угля в зарубежной практике на пластах с углами падения до 6—8° в коротких очистных забоях осуществляется самоходными вагонетками на пневматическом ходу или погрузочно-доставочными машинами.

    В очистных забоях крутонаклонных и крутых пластов доставка угля осуществляется по почве пласта под действием собственного веса. В тех случаях, когда угол падения пласта не позволяет осуществить самотечную доставку угля по почве пласта, в очистном забое укладывают специальные желоба.