Вся электронная библиотека >>>

Содержание книги >>>

 

ВЫСШЕЕ ГОРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ

Шахтное и подземное строительство


Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

 

Часть III. ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И НАКЛОННЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПРОВЕДЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

 

 

Взаимосвязи во времени и пространстве основных и вспомогательных процессов, выполняемых при проведении выработок, и способ механизации работ определяют технологические схемы производства и организации работ. В зависимости от характера их взаимосвязи различают две основные технологические схемы организации работ по проведению выработок: циклично-поточную и цикличную

При циклично-поточной технологии имеет место полное совмещение во времени всех основных производственных процессов и практически непрерывное извлечение горной массы из забоя выработки. К этой схеме можно отнести технологию проведения подготовительных выработок проходческими комбайнами в условиях, когда одновременно с работой комбайна возводят постоянную крепь и выполняют другие процессы.

При цикличной технологии основной процесс непосредственной выемки горной массы осуществляют с перерывами, вызванными необходимостью выполнения других работ, которые практически возможно осуществить только в определенной последовательности с основным процессом. К цикличной технологии относятся все способы проведения выработки с разрушением горной массы буровзрывными работами, а также комбайновый способ проведения выработок с механическим разрушением пород в тех случаях, когда для возведения крепи приходится останавливать работу комбайна.

Проходческий цикл складывается из всех операций, которые выполняют при проведении выработки на определенное расстояние. Обычно это расстояние при буровзрывном способе разрушения пород определяют полезной глубиной шпура — величиной заходки, а при механическом способе — комбайновой проходкой на длину коронки или расстояние между рамами крепи.

Длительность проходческого цикла равна суммарной продолжительности всех последовательно выполняемых операций с учетом их частичного совмещения и обычно кратна продолжительности смены.

На выбор технологических схем для проведения горных выработок влияют горно-геологические и производственно-технические условия. К горно-геологическим факторам относят: мощности угольного пласта и пород, по которым проводят выработку, угол падения пласта, крепость угля и вмещающих пород, устойчивость и газоносность, склонность к внезапным выбросам, водообильность и др. Производственно-технические факторы: площадь сечения выработки в свету и вчерне, ее протяженность, срок службы выработки, характер забоя (угольный, смешанный или породный), необходимые скорости проведения, возможные виды доставки извлекаемой горной массы, материалов и оборудования в забой.

 

 

Горно-геологические факторы имеют определенное значение при выборе одного из двух распространенных и принципиально различных способов проведения выработок — комбайнового или буровзрывного и соответствующих этим способам технологических схем. При выборе исходят из современного состояния горной техники с учетом уже выпускаемых и осваиваемых в ближайшие годы серийным производством машин и оборудования. Так, для угольных и углепородных забоев с коэффициентом крепости присекаемых пород/до 6 и при их площади до 70% забоя обычно ориентируются на комбайновый способ проходки и соответствующие технологические схемы. В других условиях, например, в чисто породных забоях с коэффициентом крепости/> 8 пока еще планируют применение технологических схем с буровзрывным способом разрушения пород.

Склонность угля и пород к внезапным выбросам при проведении выработок смешанным забоем предопределяет, в связи с запрещением в этих условиях взрывных работ по углю, применение технологических схем с выбуриванием угольного пласта.

Производственно-технические факторы также имеют важное значение, непосредственно влияя на выбор схем производства работ и оборудования для проведения выработки, принятую интенсивность выполнения операций и степень их совмещения в забое. Так, при малой протяженности выработок целесообразно применение относительно более легких проходческих машин. При большой протяженности выработок наиболее эффективно использование тяжелых видов оборудования и технологических схем, обеспечивающих высокие скорости проведения выработок.

Рассмотрим более подробно влияние основных факторов на выбор технологических схем.

Крепость пород имеет решающее значение для выбора комбай -нового или буровзрывного способа проведения выработки и, следовательно, на подбор конкретного оборудования. С учетом крепости пород при комбайновом способе проходки выбирают тип комбайна, а при буровзрывном способе — тип бурильных, погрузочных и других машин.

Исходя из диапазона изменения крепости пород, встречающихся при подземной разработке угольных месторождений, эффективности различных способов разрушения пород и применяемых видов оборудования, целесообразно выработки по крепости горных пород разделить на следующие группы:

•          выработки по углю и углистым сланцам с коэффициентом крепости /до 2, которые проводят без применения буровзрывных работ с использованием проходческих и нарезных угольных комбайнов;

•          выработки по углю и смешанному забою с присечкой пород с коэффициентом прочности/до 4, которые проводят без применения буровзрывных работ комбайнами со стреловидным исполнительным органом, оснащенным инструментом для разрушения угля и породы;

•          выработки со смешанным забоем и породами с коэффициентом крепости/до 6, которые проводят комбайнами со стреловидными исполнительными органами, оснащенными специальным разрушающим инструментом;

•          выработки по породам с коэффициентом крепости/= 7т8, которые можно проводить комбайнами с исполнительным органом бурового или ^комбинированного, ударно-скалывающего действия. Однако до создания и освоения серийного производства таких комбайнов выработки по этим породам проводят с применением буровзрывных работ;

•          выработки по породам с коэффициентом крепости /более 8, которые проводят только буровзрывным способом.

При проведении выработок буровзрывным способом для выбора бурового и погрузочного оборудования с учетом крепости пород их целесообразно разделить на две группы.

В породах с коэффициентом крепости / до 8 рекомендуется бурить шпуры бурильными установками с машинами вращательного действия, а взорванную массу грузить погрузочными машинами с исполнительными органами непрерывного действия типа нагребающих лап.

В породах с коэффициентом крепости/более 8 бурение шпуров целесообразно производить бурильными установками с бурильными машинами вращательно-ударного действия, погрузку пород — машинами периодического действия с ковшовым исполнительным органом.

Крепость и особенно устойчивость пород имеют также определенное влияние на выбор типа крепи и способа крепления выработки. В условиях крепких монолитных или слоистых пород может быть применена в качестве постоянной наиболее дешевая и легко механизируемая анкерная крепь, причем без предварительной установки временной крепи. При проведении выработок как по слабым и легко обрушающим-ся, так и по крепким, нетрещиноватым и склонным к вывалам породам следует применять другие виды постоянной крепи, причем, как правило, оправдано применение временной крепи.

В свою очередь, выбор постоянной и временной крепей и способов их возведения влияет на общую организацию работ по проведению выработки, определяет схему организации работ (циклично-поточную и цикличную), возможную степень совмещения процессов и операций и т.п.

Мощность пласта непосредственно определяет структуру забоя подготовительной выработки — пройдет выработка по однородным или неоднородным породам. Однако, исходя из задач выбора технологических схем и средств механизации проведения выработок на угольных шахтах, целесообразно по виду забоя разделять выработки не как обычно принято на две группы (с однородными и неоднородными породами), а на три группы: выработки с полностью угольным забоем, выработки со смешанным углепородным забоем, выработки с полностью породным забоем.

В полностью угольных забоях мощность пласта определяет высоту и сечение выработки, а следовательно, и тип необходимых комбайнов (проходческих или нарезных), транспортное и другое оборудование.

В смешанных углепородных забоях от мощности пласта зависят высота присечки (в процентах), целесообразность раздельной выемки угля и породы или сплошной выемки горной массы, а также различные варианты ее выдачи на поверхность.

Угол падения пласта при проведении выработки по пласту фактически является углом продольного или поперечного наклона и поэтому имеет большое значение для выбора способа и средств производства проходческих работ. Угол наклона выработки влияет на выбор способа и средств выемки, погрузки и транспортировки горной массы, способа и средств доставки в выработку крепи, а также способа ее возведения, оборудования водоотлива.

По углу наклона, влияющему на способ и средства погрузки горной массы, подготовительные выработки можно разделить на группы:

•          с углом наклона до 3°, где можно применять ковшовые погрузочные машины периодического действия с колесно-рельсовой ходовой частью;

•          с углом наклона до 6°, где можно использовать погрузочные машины непрерывного действия на гусеничном ходу с исполнительными органами типа нагребающих лап;

•          с углом наклона 6-18°, где эффективно работают ковшовые погрузочные машины на колесно-рельсовом и гусеничном ходу с исполнительным органом типа нагребающих лап, оборудованных специальными предохранительными устройствами для удержания их на уклоне;

•          с углом наклона до 25°, где возможно использование погрузочных машин только с колесно-рельсовой ходовой частью на предохранительном канате;

•          с углом наклона более 25°, где можно применять погрузочные машины только на колесно-рельсовом ходу на предохранительном канате с исполнительным органом типа грейфера.

С увеличением угла наклона увеличивается слеживаемость взорванных пород, а следовательно, уменьшается эффективность действия таких исполнительных органов, как нагребающие лапы и ковш, что вызывает необходимость применения более активного погрузочного органа.

В соответствии с условиями доставки горной массы, оборудования и материалов подготовительные выработки по углу наклона можно разделить на четыре группы:

•          с углом наклона до 3°, в которых может быть применен колесно-рельсовый (вагонетки) с электровозной тягой и конвейерный транспорт горной массы (область применения колесно-рельсового транспорта расширяется в условиях применения канатной откатки);

•          с углом наклона до 18° с использованием ленточных и скребковых конвейеров;

•          с углом наклона 19-35° при доставке скребковыми конвейерами;

•          с углом наклона более 35° с применением наклонных скипов.

По влиянию угла наклона на выбор типа крепи выработки можно разделить на две группы:

•          с углом наклона до 25° с креплением неполными или полными рамами;

•          с углом наклона более 25° с креплением в виде полной рамы или кольца.

Газоносность и склонность пластов к внезапным выбросам газа, угля и породы являются важнейшими горногеологическими факторами, влияющими на выбор способов проведения выработок, оборудования и технологических схем организации работ.

В связи с переходом к разработке более глубоких горизонтов усложняются условия проведения горных выработок.

На сверхкатегорных по газу шахтах необходимо осуществлять мероприятия по предварительной дегазации пластов, профилактические мероприятия, предусмотренные правилами безопасности при проведении выработок в условиях шахт, опасных по внезапным выбросам угля, газа и породы (бурение опережающих скважин, образование по контуру выработки разгрузочных щелей-врубов, производство сотрясательного взрывания), применять специальное оборудование и организацию работ при проведении выработок в этих условиях, резко отличающуюся от обычной.

Обводненность забоя и выработки имеет наиболее существенное значение при проведении наклонных выработок сверху вниз, так как с увеличением угла наклона выработки наличие водопритока все более усложняет процесс погрузки горной массы, способствуя спрессо-ванию породы, и затрудняет выполнение всех других процессов в забое выработки, в частности, бурение шпуров, возведение крепи и др. В связи с этим целесообразно провести предварительное полное водоподавление в забое выработки теми или другими способами в зависимости от источников водопритока, а также устройство промежуточных водосборников для перехвата воды с тем, чтобы можно было вести работы в осушенном забое выработки.

Исходя из изложенного, по фактору водопритока выработки можно разделить на две группы:

•          с притоком до 5 м3/ч, позволяющим производить работы в практически сухом забое;

•          с притоком более 5 м3/ч, требующим в забое специальной водоотливной установки.

Производственно-технические факторы, оказывающие влияние на выбор технологических схем производства и организацию работ, а также на выбор соответствующего оборудования, следующие: протяженность, форма, размеры сечения и скорости проведения  выработки.

Если горно-геологические факторы в значительной мере являются критериями, с которыми должны быть увязаны технические возможности способов производства работ и оборудования, то производственно-технические факторы в большей мере влияют на выбор варианта организации работ и технико-экономические показатели проведения выработки.

Так, изменение протяженности выработки может корректировать возможные по горно-геологическим условиям способы производства работ и принятый вид оборудования, особенно если в этих условиях допустимо применение различных типов оборудования.

Например, известно, что в породах с коэффициентом крепости/до 6 целесообразно применять комбайновый способ проведения выработок, поскольку он дает более высокие показатели по скорости проведения выработки и по производительности труда. Однако комбайны являются громоздкими и дорогостоящими машинами по сравнению с возможным для применения в этих же условиях оборудованием для буровзрывного способа производства работ. Высокая стоимость оборудования для комбайнового способа производства работ может окупиться лишь при увеличении протяженности и скорости проведения выработки по сравнению с буровзрывным способом.

На  13.1 показаны графики изменения приведенных затрат на проведение 1 м3 выработки буровзрывным способом и комбайнами различных типов в зависимости от протяженности выработки. Как видно на  13.1, выработки небольшой протяженности более целесообразно проводить буровзрывным способом, причем с использованием мобильного оборудования. При выработках малой протяженности за время, необходимое для монтажа и демонтажа комбайнового комплекса, возможно проведение их буровзрывным способом.

Целесообразность комбайновой проходки определяется также типом применяемого комбайна, так как это влияет на его стоимость и показатели работы.

Скорость проведения выработки также оказывает значительное влияние на выбор оборудования и технологических схем организации работ. Как правило, увеличение скорости проходки выработок приводит к улучшению технико-экономических показателей проходки, так как при этом уменьшается число выработок, находящихся в проходке, и увеличивается степень концентрации проходческих работ, улучшается использование оборудования и повышается производительность труда проходчиков.

Вместе с тем, увеличение скорости проведения выработок связано с более интенсивным выполнением как основных, так и вспомогательных операций проходческого цикла и с высокой степенью их совмещения во времени, а следовательно, и с использованием в забое большего количества оборудования и обслуживающих его людей. Очевидно, что повышение интенсивности производства работ и возможности размещения в забое необходимого количества людей и оборудования имеют определенные пределы и целесообразны до тех пор, пока увеличение скорости не приводит к уменьшению производительности труда и повышению стоимости проведения выработки. Последнее может иметь место вследствие простоя людей и оборудования, если выработка перенасыщена ими.

По данным исследования специалистов ИГД им. А.А.Скочинского, оптимальные скорости проведения выработок буровзрывным способом с механизированной погрузкой горной массы в зависимости от характера забоя (коэффициента подрывки породы) по критерию приведенных затрат на проведение изменяются в пределах от 2 до 3,5 м/смену, увеличиваясь соответственно с уменьшением коэффициента подрывки породы.

При комбайновом способе оптимальная скорость проведения выработок по критерию приведенных затрат на проведение значительно выше, чем при буровзрывном способе ( 13.2, 13.3), что объясняется более высоким уровнем механизации процессов, относительным сокращением объема ручных работ и большей стоимостью оборудования, используемого при проведении выработок комбайнами по сравнению с буровзрывным способом. Так, при использовании комбайна ПК-9р оптимальная скорость составляет 12 м/смену, а при использовании комбайна «Караганда -7/15» — 16 м/смену.

В условиях выработок большой протяженности и при использовании комбайнового оборудования, стоимость которого имеет большое удельное и абсолютное значение в показателях проведения выработки, следует стремиться к максимальному увеличению скорости проведения выработок.

При применении комбайнов с программным и дистанционным управлением, комплексов оборудования для механизации вспомогательных процессов существенно уменьшается число занятых в выработке рабочих, резко сокращаются простои оборудования и людей, что по сути является основными причинами, в той или иной степени снижающими эффективность увеличения скорости проведения выработки.

Таким образом, для обеспечения максимальной скорости проведения выработок необходимо определить ее целесообразные пределы, прежде всего исходя из технической производительности оборудования, выбранного по горно-геологическим условиям, с учетом протяженности выработки как фактора, ограничивающего или стимулирующего увеличение оптимальной скорости проведения выработки.

Формы и размеры сечений подготовительных выработок существенно влияют на выбор технологии проведения горных выработок. В свою очередь, выбор формы и размеров поперечного сечения горных выработок зависит от характера горного давления, срока службы и назначения выработки, материала крепи.

Размеры поперечного сечения выработки определяют главным образом с учетом необходимости обеспечения очистных забоев достаточным количеством свежего воздуха в зависимости от нагрузок на лаву, создания условий безремонтного поддержания выработок в зоне влияния очистных забоев, габаритами средств подземного транспорта с соблюдением необходимых зазоров в соответствии с требованиями правил безопасности. На шахтах угольной промышленности все более проявляется тенденция к увеличению размеров сечений выработок, что вызвано ростом глубины разработок угольных пластов и газоносности, а также повышением нагрузки на выемочный участок и необходимостью подачи по этим причинам большого количества воздуха по выработкам.

Увеличение сечения выработок (за счет роста высоты) является также одним из путей их безремонтного поддержания, а также способствует решению задачи по размещению в выработках приводных головок лавных конвейеров для частичного выхода на них комбайна или струга, что необходимо для устранения трудоемких технологических операций по выемке ниш на концевых участках лавы.

В связи с этим в определенных условиях ширина выработки должна быть увеличена до 6 м, а наиболее рациональной формой ее может быть прямоугольная.

До сравнительно недавнего времени преобладающим видом крепи являлась деревянная, при применении которой выработки имели, как правило, форму прямоугольника или трапеции. Существенные недостатки деревянной крепи — малые устойчивость и долговечность. Более эффективными видами крепи являются металлическая, из сборного железобетона и анкерная,

В табл. 13.1 приведены рекомендуемые конструкции постоянной крепи с учетом назначения, размеров и срока службы выработки и устойчивости боковых пород.

Как указывалось выше, размеры и формы сечения выработок, а также виды применяемой крепи существенно влияют на технологию производства проходческих работ и выбор оборудования.

Более сложна, в том числе и по применяемому оборудованию, технология работ по проведению выработок арочной и особенно круглой формы с возведением монолитной бетонной крепи. При этом в приза-бойной части выработки предварительно устанавливают временную крепь, а также возводят опалубку, за которую подают бетон.

В выработках больших сечений свободно размещается необходимое для производства проходческих работ высокопроизводительное оборудование и обеспечивается его маневрирование, возможно большее совмещение во времени в призабойной части различных операций проходческого цикла, лучшее использование постоянных транспортных средств. Так, если в проводимой выработке большого сечения (двухпутной) в качестве постоянного принят конвейерный транспорт для угля и рельсовый — для выдачи.породы, подачи материалов, оборудования и доставки людей, то в период проведения выработка может быть оснащена этими же видами транспорта.

Увязка процессов проходческого цикла в выработках малого сечения (однопутных) более сложная, так как из-за стесненного пространства ухудшаются условия размещения оборудования, транспортных средств, а отдельные операции проходческого цикла обычно выполняют последовательно.

Из-за многообразия горно-геологических и производственно-технических факторов, влияющих на выбор формы и размеров поперечных сечений выработки, диапазон последних весьма велик.

Из рассмотренных горно-геологических и производственно-технических факторов наиболее существенное влияние на выбор технологических схем и оборудования для проведения выработок оказывают: крепость горных пород, сечение, длина и угол наклона выработки.

В горно-геологических и производственно-технических условиях перспективных шахт могут быть использованы различные технологические схемы и оборудование для проведения выработок, среди которых с учетом специфики производства работ можно выделить три группы:

•          технологические схемы проведения выработок комбайнами;

•          технологические схемы проведения выработок буровзрывным способом;

•          технологические схемы проведения выработок в условиях шахт, опасных по внезапным выбросам угля, газа и пород.

Объемы применения технологических схем каждой группы определяются горно-геологическими и производственно-техническими условиями шахт, разрабатывающих в настоящее время угольные месторождения, и уровнем развития техники.

Преобладающее значение угольных и углепородных забоев с углями и породами небольшой крепости предопределяет возможность широкого использования проходческих комбайнов для технического перевооружения проходческих работ в угольных шахтах.

Современные конструкции проходческих комбайнов позволяют эффективно использовать их при проведении работ: по углю и смешанным забоям практически всех сечений, с присечкой пород с коэффициентом крепости/до 6, при коэффициенте присечки до 0,75°; по чисто породным забоям, с коэффициентом крепости пород/= 4, при угле наклона выработок до 25°, а также при проведении выработок указанных параметров на сверхкатегорных шахтах и шахтах, опасных по внезапным выбросам угля, газа и пород.

Рекомендуемые области комбайнового и буровзрывного способов проведения выработок по горно-геологическим факторам непостоянны и корректируются на практике. Так, комбайновый способ проведения выработок может быть более широко внедрен при усовершенствовании конструкции исполнительных органов комбайнов и их разрушающего инструмента, повышении мощности, улучшении схем разрушения забоя.

В то же время возможная область применения комбайнового способа по горно-геологическим условиям в известной мере снижается с учетом производственно-технических факторов, в частности из-за экономической нецелесообразности применения комбайнов в выработках малой протяженности и очень больших сечений, при отсутствии необходимости в больших скоростях проведения.

 

К содержанию книги: ГОРНОЕ ДЕЛО: Шахтное и подземное строительство

 

 Смотрите также:

 

Строительные машины    Оборудование для производства железобетонных изделий    Строительные машины   Краны для строительства мостов   Монтаж трубопроводов   Грузовые автомобили    Строительные машины и их эксплуатация