Подготовительные работы добычи угля
1. Вскрытие шахтного поля.
2. Подготовка шахтного поля к очистной выемке (проведение выработок).
3. Очистная выемка.
4. Транспортировка добытого угля на склад или потребителю
Вскрытие шахтного поля
Шахтное поле – часть месторождения угля, которая отводится для разработки одной шахтой. Чтобы осуществить разработку месторождения угля, его вскрывают, т.е. делают доступным с земной поверхности. Для вскрытия проводят стволы, штольни, квершлаги, бремсберги, уклоны. Эти выработки и сами горные работы по их проведению называют капитальными.
Схемы вскрытия шахтного поля
Основными факторами, влияющими на выбор схемы вскрытия шахтного поля, являются: Число вскрываемых пластов, угол падения пластов, свойства боковых пород, расстояние между пластами, мощность наносов, нарушенность месторождения, глубина разработки, газоносность пластов, рельеф местности, производственная мощность шахты, размер шахтного поля, срок службы шахты, уровень развития горнодобывающей техники, способ подготовки шахтного поля, системы разработки, схемы вентиляции и пр. Вскрытие вертикальными стволами являются наиболее распространенными, применяются при горизонтальном, пологом, наклонном, крутонаклонном и крутом залегании одиночных пластов или свиты пластов.
Подготовка шахтного поля к очистной выемке
После того как месторождение или шахтное поле вскрыто, оно подготавливается к очистной выемке. Для этого при помощи различных подготовительных выработок оно разделяется на отдельные выемочные поля. В каждом таком выемочном поле нарезается определенное количество очистных забоев (лав), в которых производятся работы по выемке угля. Такие выработки и такие работы носят название подготовительных.
Проведение выработок (подготовительные работы).
Проведение горных выработок, в зависимости от горно – геологичеких условий, могут осуществляться различными способами:
1. Буровзрывным.
2. Комбайновым.
3. Гидравлическим.
4. Вручную.
Проходческим циклом – называют совокупность основных и вспомогательных процессов, при однократном выполнении которых за определенное время забой выработки подвигают на установленную величину. В зависимости от крепости пород выработки проводят буровзрывным способом, с помощью проходческих комбайнов, гидромеханизации, и реже отбойными молотками (в ручную). Способ проведения горной выработки характеризуется технологической схемой её проведения – расстановкой машин и механизмов по разрушению горной массы, погрузке её и транспортированию, возведение крепи. Технологическую схему выбирают в зависимости от горно-геологических и производственно – технических условий (площадь сечения, протяженность, срок службы, скорость проведения, материалов и оборудования и пр.) При проведении горных выработок различают основные и вспомогательные процессы. Основные – связаны с проведением и креплением выработки. Вспомогательные – возведение временной крепи, навеска вентиляционных труб, наращивание конвейера или настилка рельсовых путей, прокладка труб, кабелей и др. Горные выработки проводят в соответствии с паспортом выемочного участка, составной частью которого является паспорт проведения и крепления выработки. Составляется для каждого участка. Его разрабатывает главный технолог шахты и начальник участка, согласовывается с начальниками участков служб, утверждается главным инженером. Паспорт проведения и крепления выработки состоит из графической части и пояснительной записки. Графическая часть содержит:
* выкопировку с плана горных работ и стратиграфическую колонку ( место положения выработки и горные породы, в которых проводится выработка);
* продольный и поперечный разрезы выработки в М 1:100 или 1:50, в которых должны быть указаны сечение и размеры выработки, её расположение по отношению к пласту угля и боковым породам;
* конструкцию и размеры постоянной и временной крепей, минимальное и максимальное отставание крепи от забоя, расстояние между осями рам, расклинку рам, расположение затяжек, заполнение закрепного пространства;
* типы и размещение проходческого и транспортного оборудования, вентиляторов местного проветривания с вентиляционными трубами, величины зазоров;
* планограмма работ и пр.
Если выработка проводится буровзрывным способом, то составляется паспорт БВР.
Пояснительная записка:
* геологическая характеристика пласта и вмещающих пород;
* показатели;
* выбор параметров, типа крепи и забойного оборудования;
* технология возведения крепи, потребность в материалах;
* вспомогательные работы;
* проветривание, противопожарная защита, энергоснабжение;
* доставка материалов и оборудования;
* меры безопасности при работе
Запрещается вести горные работы без утвержденного паспорта или с отступлением от него. При изменениях паспорт должен быть изменен и переутвержден в суточный срок. До начала работ все рабочие и ИТР участка должны быть ознакомлены с паспортом и изменениями под роспись.
1. Буровзрывная технология проведения горных выработок
включает в себя: бурение шпуров, заряжание, взрывание зарядов, выгрузку отбитой горной массы, крепление выработки и вспомогательные работы. Взрывные работы могут применяться в породах различной крепости, но они наиболее экономичны в породах средней крепости и в крепких, когда другие виды работ недостаточно эффективны. Для размещения заряда в массиве горных пород образуют полость – шпур, скважину или выработку (камеру). Соответственно и методы взрывных работ называют методами шпуровых, скважинных или камерных зарядов. Диаметр шпуров обычно составляет 30 – 75 мм, а глубина - до 5м. Шпуры, имеющие диаметр более 75мми глубину более 3м, называют скважинами. Бурение шпуров осуществляется вручную или буровыми установками. Погрузка горной массы при проведении выработок буровзрывным способом наиболее трудоемкий процесс проходческого цикла. Погрузку производят вручную и механизированным способом. При механизированном способе применяются различные погрузочные машины и скреперные комплексы. Крепление выработки, в зависимости от вида крепи, осуществляется вручную или с помощью различных механизмов. Вспомогательные работы, это - доставка материалов, наращивание вентиляционного и водяного ставов, переноска датчиков, наращивание конвейера и пр.
Паспорт буровзрывных работ, назначение, содержание.
Взрывные работы разрешается выполнять только в соответствии с утвержденным паспортом взрывных работ. Паспорт составляет начальник участка, подписывают начальник участка БВР, вентиляции и техники безопасности, утверждает главный инженер или директор шахты. Паспорт БВР– технический документ, являющийся технологической схемой производства бурения и заряжания шпуров, а также инициирования зарядов. Разрабатывается в соответствии с требованиями ПБ и ЕПБ при ВР. При составлении паспорта необходимо знать опасность шахты и выработки по газу и пыли, характеристики забоя - площадь забоя, мощность пласта, угол падения пласта, коэффициент крепости пород, время на заряжание, взрывание, проветривание и осмотр забоя. В паспорте указывают количество шпуров, подвигание забоя за цикл и объем взорванной горной массы, тип взрывчатых веществ и тип ЭД, длину шпура и очередность взрывания, схему расположения шпуров в забое, конструкцию заряда в шпуре, схемы водозавесы, схему проветривания, расположения постов охраны, предупреждающих знаков и места укрытия людей и мастера – взрывника. Далее указывают мероприятия по безопасности. При изменении горно-геологических или технических условий паспорт должен быть пересмотрен и переутвержден в течение суток. Рабочие и ИТР, занятые при производстве БВР должны ознакомиться с паспортом по роспись.
Сигналы при ведении взрывных работ.
1. Один длинный – предупредительный. Выставляются посты охраны и знаки, удаляются рабочие в места укрытия; в забое остаются мастер – взрывник и рабочие, которые вместе с мастером- взрывником занимаются заряжанием забоя. Подается один длинный сигнал - приступают к заряжанию.
2. Два длинных – боевой. После заряжания забоя, мастер – взрывник удаляет помошников в места укрытия, проверяет забой, прокладывает взрывную магистраль до места своего укрытия, подает два длинных сигнала и производит взрывание.
3. Три коротких – отбой. После проветривания забоя (время проветривания указано в паспорте БВР) – мастер- взрывник осматривает забой и если взрывание произошло в нормальном режиме (нет отказов), подает три коротких сигнала. Разрешается допуск рабочих в забой.
2.Технология проведения выработок комбайном.
Применение проходческих комбайнов при проведении выработки позволяет механизировать основные проходческие процессы – отбойку, погрузку и транспортировку отбитой горной массы из забоя выработки. А применение комплексов, кроме этого, позволяет механизировать и крепление горных выработок. При использовании комбайнов повышается скорость проведения выработок, увеличивается производительность труда, снижается стоимость проведения, повышается безопасность труда проходчиков. Проходческие комбайны избирательного действия получили наибольшее распространение на шахтах России. Они предназначены для механизации проведения горных выработок любой формы поперечного сечения выработок, кроме круглой. Их исполнительный орган выполнен в виде резцовой коронки, установленной на поворотной рукояти – стреле, совершающей при обработке забоя качательные движения в горизонтальных и вертикальных плоскостях. Эти комбайны имеют, как правило, гусеничную ходовую часть и могут быть использованы при проведении горизонтальных и наклонных горных выработок по углю и смешанным забоем с присечкой породы. Они могут работать в сложных горно – геологических условиях с наличием сбросов, пережимов и утонений пласта, при неустойчивой кровле, слабой почве и значительной обводненности. В настоящее время для проведения выработок применяют комбайны среднего и тяжелого классов, весом 40 – 80 тонн, которые позволяют проводить выработки по углю, с присечкой породы, так и полностью по породе с крепостью даже до 9-10 единиц по шкале проф. Протодьяконова (90-100 МПа).
Выбор системы разработки в зависимости от горно – геологичеких условий.
Определенный порядок ведения подготовительных и очистных работ в пределах разрабатываемой части шахтопаласта, увязанный в пространстве и времени называют системой разработки. Рациональная система разработки пласта должна удовлетворять следующим требованиям: обеспечить безопасность ведения горных работ; высокий уровень технико-экономических показателей (наиболее высокий уровень производительности труда, минимальную себестоимость); иметь минимальные потери. На выбор систем разработки оказывают влияние следующие факторы: форма залегания, строения, мощность и угол падения пласта; свойства угля и вмещающих пород; газоносность и обводненность; склонность угля к самовозгоранию; склонность к горным ударам, внезапным выбросам; глубина горных работ; средства механизации подготовительных и очистных работ. Разнообразие горно – геологических условий залегания угольных пластов предопределяет применение различных систем разработки и их параметров;
1. Системы разработки с выемкой пласта на полную мощность.
1.1.С длинными очистными забоями (длина забоя более 20м) – сплошные, столбовые, комбинированные.
1.2.С короткими очистными забоями (менее 20м) – столбовые, камерные.
2.С разделением пласта на слои – наклонные, горизонтальные, поперчно-наклонные.
Подготовительные работы при столбовой системе разработки.
В Росси наиболее распространенные системы разработки, дающие около 75% добычи угля, являются столбовые системы разработки с длинными очистными забоями. Это такие системы разработки, при которых часть пласта до начала очистных работ оконтуривается подготовительными выработками, в результате чего образуются столбы – по простиранию, по падению (восстанию), диагональные столбы. Наиболее распространенной системой является система разработки длинными столбами по простиранию при панельной подготовке (вариант лава-ярус). При этой системе нарезается столб угля длинной 1-3км, ширина столба – 100-300м. Подготовка выемочных столбов заключается в проведении от бремсберга или уклона ярусных конвейерного и вентиляционного штреков до границ панели. На границе панели между этими штреками проводят разрезную печь, которую затем расширяют, образую монтажную камеру. В монтажной камере монтируют механизированный комплекс и начинают отработку столба обратным ходом. В это же время ведется подготовка следующей лавы в нижележащем ярусе.
Система разработки длинными столбами по простиранию при охране выработок целиками угля.
Если подготовительные выработки охраняются целиками угля, то: между конвейерным штреком вышележащей лавы и вентиляционным штреком нижележащей лавы оставляют целики угля шириной 10 -30- 60м – в зависимости от горно- геологических условий. Эти целики остаются в отработанном пространстве. При таком способе значительно увеличиваются эксплуатационные потери, увеличивается пожароопасность от самовозгорания угля, повышается опасность газодинамических явлений, горных ударов, растет газообильность выемочных участков вследствие дренирования метана из целиков угля. Поэтому целесообразно применение бесцеликовых систем отработки угольных пластов.
Система разработки длинными столбами по простиранию при бесцеликовой отработке.(1 способ)
При бесцеликовой системе разработки, конвейерный штрек вышележащей лавы сохраняется и служит вентиляционным штреком для нижележащей лавы. Для этого в этом штреке устанавливается усиленная крепь, задача которой сохранить сечение выработки до конца отработки столба угля. Недостатки – большие затраты на поддержание сохраняемой выработки.
Система разработки длинными столбами по простиранию при бесцеликовой отработке.(2 способ)
При втором способе бесцеликовой отработки, целики угля остаются после отработки вышележащей лавы и они отрабатываются нижележащей лавой. При третьем способе бесцеликовой отработке выработки проводятся в присечку по выработанному пространству с отставанием от очистного забоя на 60-180м – в зависимости от условий. Присечка может быть с частичным сохранением старой выработки, полная присечка – когда выработка проводится по границе старой выработки и с оставлением полосы угля шириной 1-3м между старой выработкой и вновь проводимой. При проведении таких выработок предусматривается запас поперечного сечения выработки на усадку в пределах 500-700мм. Выработки крепятся усиленной крепью. Уголь от очистного забоя транспортируется по конвейерному штреку, затем по бремсбергу до погрузочного пункта на откаточном штреке. Свежий воздух в очистной забой подают с откаточного штрека по ходкам и конвейерным штрекам. Исходящая струя по вентиляционному штреку поступает в ходки и далее на вентиляционный горизонт шахты или по шурфу на поверхность. Применяют при любых углах падения на пластах средней мощности, а на пологих пластах при комплексно- механизированной выемке – до 5-7м. Преимущество – снижаются затраты на поддержание подготовительных выработок (по сравнению со сплошной системой), обеспечивается доразведка условий залегания пласта, независимое ведение подготовительных и очистных работ. Недостатки – более поздний срок ввода в эксплуатацию выемочных полей и более сложная схема проветривания.
Подготовительные работы добычи угля
Сплошная система разработки.
При сплошной системе разработки очистные работы ведутся одновременно с с проведением подготовительных выработок. Чтобы начать очистные работы проводится бремсберги (1,2), откаточный штрек (5-транспортная выработка) и разрезная печь(10). Вентиляционный штрек -8 проводится вместе с очистным забоем или с небольшим опережением. Откаточный штрек и просек проводится с опережением от 50 до 200м. Выработки сохраняются в вырабатанном пространстве, для этого сооружают бутовые полосы или устанавливают усиленную крепь. Для проветривания свежая струя подается по откаточному штреку, проходит по лаве и исходящая струя удаляется по вентиляционному бремсбергу. Преимущества: горные работы начинаются при минимальных подготовительных работах. Недостатки: тесная взаимосвязь подготовительных работ с очистной выемкой; трудность поддержания выработок в выработанном пространстве. Отсутствие предварительной разведки пластов; большие утечки воздуха через выработанное пространство. Применяется очень редко.
Щитовая система разработки.
Щитовая система разработки является разновидностью столбовой системы, применяется на крутопадающих пластах (55-900) мощностью до 8-10м. Она представляет собой систему длинных столбов по простиранию с выемкой пласта на полную мощность полосами по падению под перекрытием специальной щитовой крепи. Подготовка выемочного поля заключается в проведении этажных откаточного и вентиляционного штреков от промежуточных квершлагов до его границ. Выемочное поле разделяют на выемочные щитовые столбы шириной 24-30м с оставлением между ними целика шириной 2м. Проводят углеспускные, вентиляционные и ходовые печи, входные сбойки и специальные вентиляционные печи. Расстояние между печами 6м. Щитовое перекрытие монтируют в специальной монтажной камере (рассечке) на горизонте вентиляционного штрека. Щит изготавливается из металлических балок, поверх них – накат из бревен, или несколько накатов. Затем, для увеличения веса щита, на щит обрушают породу. Для проветривания очистного забоя после отбойки угля, когда нижние части печей заполнены углем, между первой и второй печами от выработанного пространства проводят специальную вентиляционную печь по восстанию пласта на 15-20м. Выемка угля под щитовым перекрытием осуществляется буровзрывным способом. Обуриваются опорные целики под щитом, заряжается взрывчатка, производятся взрывание. Щит опускается и выдавливает отбитый уголь в углеспускную печь. Шаг посадки щита – 0,8-1,2м, т.е. за одно взрывание щит опускается на 0,8-1,2м. Достоинства: отсутствие работ по креплению забоя и управлению кровлей; транспорт угля из- под щита – под действием своего веса. Недостатки: значительные эксплуатационные потери, достигающие 25-30%; большой объем подготовительно – нарезных работ (40-45 м на 1000т добычи), забучивание печей, высокая пожароопасность. В настоящее время наряду с щитовыми перекрытиями на крутых пластах применяются более прогрессивные механизированные щитовые комплексы.
Системы разработки при гидравлической добыче.
Сущность гидравлической добычи состоит в том, что очистная выемка ведется при помощи высоконапорной струи воды, выбрасываемой гидромониторами. Размытый уголь в виде пульпы самотеком поступает в приемные, аккумулирующие выработки – камеры углесосов, а уже углесосами перекачивается на поверхность, на обогатительную фабрику. Для обеспечения самотечного транспорта все транспортные выработки проводятся с уклоном не менее 0,05(примерно не менее 50) в сторону пульпоприемных выработок и стволов. Подготовительные выработки проводятся при помощи механогидравлических комбайнов.
Подготовительные работы при слоевых системах разработки мощных пластов.
Мощные пласты – это пласты угля мощностью более 3,5 м. Существует несколько способов отработки таких пластов. Основными из них являются: разработка пласта на полную мощность и с разделением мощного пласта на слои.
Разработка мощных угольных пластов на полную мощность.
К ним относятся: столбовые системы разработки, щитовые системы разработки, камерные и камерно – столбовые системы разработки. Столбовые системы разработки – это наиболее распространенные способы отработки мощных наклонных и пологих пластов. В настоящее время существуют механизированные комплексы, способные за один проход отрабатывать пласты угля мощностью до 7м. А вот пласты мощностью свыше 7м (до 10-12 м) отрабатываются также длинными столбами, но с выпуском подкровельной пачки угля. Для этого существуют такие механизированные комплексы, которые способны отрабатывать за один проход такие пласты угля (или слои) мощностью до 10 – 12м. Особенности конструкции таковы, что в верхнем ограждении механизированной крепи имеются люки, через которые происходит выпуск подкровельной (или межслоевой) пачки угля на забойный конвейер. Второй тип комплексов – с выпуском подкровельной (или межслоевой) пачки на завальный конвейер. У таких комплексов имеется второй – завальный конвейер, зачастую на завальном конвейере устанавливают струг. Подготовительные работы при такой системе разработки, такие же, как и при столбовых. В нижней части (по почве) мощного пласта нарезается лава мощностью обычно около 3м ( в принципе до 5-7м). Монтируется механизированный комплекс и начинаются очистные работы. Вынимается стружка угля комбайном на всю мощность механизированного комплекса. Затем открываются люки в верхнем перекрытии секций мехкрепи и через них выпускается уголь, который раздавливается под весом вышележащих пород. Если измельчение угля не происходит, то через люки в верхнем ограждении бурятся шпуры до кровли пласта и уголь измельчается взрывными работами. Затем происходит выпуск угля. Если уголь выпускается на завальный конвейер, то в этом случае поднимается завальное перекрытие секции мехкрепи и уголь транспортируется этим конвейером.
Разделение мощного пласта на слои.
При слоевых системах разработки мощный пласт делят на отдельные слои, удобные для разработки. Затем каждый слой отрабатывают как отдельный пласт угля, например длинными столбами с полным обрушением. Для примера рассмотрим, как отработать пологий пласт угля мощностью 10м. Пласт угля мощностью 10м(6-12м) можно отработать двумя слоями, если с полным обрушением, то выемку производят в нисходящем порядке. В верхней части пласта (в верхнем слое) нарезают лаву (как упоминалось выше, существуют комплексы для отработки пластов мощностью до 7м) мощностью обычно 3-5м. Отрабатывают её прямым ходом с полным обрушением пород кровли. Через 1-2 года, если обрушенные породы хорошо слеживаются, в нижней части пласта (нижнем слое), нарезают второй очистной забой. Для улучшения слеживаемости и профилактики пожаров производят проилование обрушенных пород и обработку почвы верхнего слоя антипирогенами. От верхнего слоя (от обрушенных пород) нижний слой отделяют пачкой угля мощностью 0,4 – 0,5 м. Если имеется прослоек породы, то слои разделяют этим прослойком. Под защитой этой пачки угля (или прослойка породы) производят отработку нижнего слоя, как отдельным очистным забоем. Недостаток – дополнительные потери угля и опасность возникновения пожара.
Система разработки с гибким перекрытием.
Пласт угля делят на два неравных по толщине слоя. Верхний – монтажный слой- обычно мощностью 2-3 м и нижний от 5 до 13м. В верхнем, монтажном слое монтируют механизированный комплекс и отрабатывают этот слой длинными столбами с полным обрушением кровли. На почву верхнего слоя стелят гибкое перекрытие, на которое обрушаются породы кровли. И под прикрытием гибкого перекрытия отрабатывают второй слой.
Подготовительные работы при нетиповых системах разработки.
Бурошнековая выемка, угольные пилы, подземная газификация.
Если разработку угольных пластов в связи с особыми горно- геологическими условиями невозможно отработать при помощи механизированных комплексов (или щитовых систем, или камерным спосопом), то могут применяться так называемые нетиповые системы разработки. Они применяются: когда пласты сильно нарушены, имеют невыдержанную мощность, большую зольность, слабые породы в кровле или в почве и т.д.) К ним относятся: бурошнековая выемка, выемка при помощи угольных пил, подземная газификация углей и пр.
Бурошнековая выемка.
Применяется для выемки весьма тонких пластов и тонких. Под бурошнековым способом выемки понимают разработку пологих угольных пластов без крепления и присутствия людей в очистном забое. Выемка происходит путем последовательного бурения скважин диаметром, несколько меньшим мощности пласта, отделенных одна от другой угольными целиками, не извлекаемыми или извлекаемыми частично. Нарезается столб угля шириной 100-300м. (как и при столбовой системе). Длина любая. Бурение может осуществляться с конвейерного штрека при одностороннем способе, с конвейерного и вентиляционного одновременно, навстречу друг другу. Также возможно выбуривание с конвейерного штрека в обе стороны. Диаметр буровых коронок может достигать 800мм и более. Бурошнековая установка обычно имеет два буровых става, которые вращаются в разные стороны. За один проход бурения прямым ходом выбуривается две скважины диаметром по 800мм. Возможно бурение прямым ходом скважин меньшего диаметра, а при обратном ходе устанавливаются расширители и скважины разбуриваются до большего диаметра. Или при обратном ходе головка бурового инструмента поворачивается на угол 45-600 и при обратном ходе происходит расширение скважин. В настоящее время на открытых горных работах применятся комплексы глубокой разработки пластов (КГРП) – это сочетание добычи угля открытым способом с последующей подземной добычей – выбуриванием угля. Установка КГРП представляет собой комбайн с телескопическим рабочим органом. Выбуривание пласта производится с выработанного участка разреза столбиков угля длиной до 300м на ширину рабочего органа. Между столбами вынутого угля оставляются целики. Выемка производится без присутствия людей в забое. За работой рабочего органа ведется наблюдение при помощи датчиков и видеокамер, установленных на рабочем органе.
Угольные пилы.
Применяют для отработки весьма тонких крутопадающих пластов. Сущность способа заключается в следующем: нарезается столб угля, монтируется угольная пила, представляющая собой гибкий режущий орган в виде цепи или тросов с резцами. Пила совершает возвратно поступательные движения. Отбитый уголь под действием собственного веса поступает на нижележащий штрек – откаточный.