CC BY
96
Список литературы
1. Краткий справочник горного инженера угольной шахты/ под. общ. ред. А.С. Бурчакова и Ф.Ф. Кузюкова. М.: Недра, 1982. 454 с.
2. Бурчаков А.С., Гринько Н.К., Черняк И. Л. Процессы подземных горных работ: учеб. для вузов. М.: Недра, 1982. 423 с.
3. Закладочные работы в шахтах: справочник/ под ред. Д.М. Бронникова, М.Н. Цыгалова. М.: Недра, 1989. 400 с.
4. Яцких В.Г., Спектор Л. А., Кучерявый А.Г. Горные машины и комплексы. М.: Недра, 1984. 400 с.
5. Машины и оборудование для угольных шахт: справочник/ под ред. В.Н. Хорина. М.: Недра, 1987. 424 с.
V.I. Sarychev, V.V. Melnik, M.A. Golodov, I.N. Zubakov, S.S. Zhukov
TECHNOLOGICAL SCHEMES OF MINING BY CELLS WITH WIDENING AND BACKFILLING OPEN AREAS
Mining technologies with backfilling open areas at the base of cell system operating with widening were proposed. The description of technological schemes is given.
Key words: cell system of operating, widening cells, backfilling open areas
Получено 24.11.11
УДК 622.2.016.5
B.И. Сарычев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-20-41, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
Н.И. Абрамкин, д-р техн. наук, проф., (499) 237-21-71 (Россия, Москва, МГГУ),
Е.И. Захаров, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-20-41 (Россия, Тула, ТулГУ), И.Н. Зубаков, асп., (4872) 35-20-41 (Россия, Тула, ТулГУ),
C.С. Жуков, асп., (4872) 35-20-41 (Россия, Тула, ТулГУ)
СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ КАМЕРАМИ С РАСШИРЕНИЕМ
Предложены технологии ведения очистных работ на основе камерных систем разработки с расширением камер; рассмотрены технологические процессы, область применения, достоинства и недостатки систем разработки.
Ключевые слова: камерные системы разработки, расширение камер, процессы, достоинства и недостатки, область применения.
Одним из направлений повышения эффективности подземной добычи угля на современном этапе хозяйствования остается необходимость создания новых или совершенствования существующих технологий разработки месторождений, адаптированных на реализацию следующих проблем:
высокие технико-экономические показатели при минимальных затратах труда и материальных ресурсов - рентабельность производства;
минимальные нарушения целостности подрабатываемых слоистых массивов и земной поверхности - экологический аспект;
селективная разработка месторождений с учетом энергетических, химических и физических характеристик углей и строения пластов в целях более эффективного использования полезного ископаемого в различных областях промышленности;
выемка охранных целиков под природными, гражданскими и промышленными объектами при обеспечении их безопасной подработки - условия безопасности;
обеспечение отработки ограниченных запасов, формирующихся при ведении очистных работ по современным технологиям, адаптированным к разработке угольных пластов по схеме «шахта-лава».
Особого внимания заслуживает возможность отработки охранных и предохранительных целиков и доработки ограниченных запасов, не требующая значительных капитальных вложений, так как все виды работ при этом базируются на использовании уже готового шахтного фонда. Вовлечение же их в отработку регламентируется жесткими требованиями Правил безопасности.. .[1].
Осуществляемая на всех шахтах выемка угля комплексно-механизированными лавами при системе разработки длинными столбами приводит, как правило, к значительным нарушениям целостности подрабатываемых массивов, которые проявляются в образовании провалов, неожиданных интенсивных оседаниях участков поверхности, возникновении открытых трещин, глубоких мульд, уступов, нарушении гидрогеологического баланса, приводящих либо к недопустимым деформациям поверхностных сооружений, либо к неотвратимым последствиям нарушений ландшафта земной поверхности.
Использование, таким образом, традиционных методов извлечения полезного ископаемого под охраняемыми природными и инженерными объектами приводит к губительным для них последствиям. Кроме того, применение длинных забоев не позволяет вести гибкую отработку угольных пластов при решении задач селективной разработки месторождений и доработки участков шахтных полей, при которых требуется оперативное изменение параметров технологии и направления ведения работ.
В таких условиях возникает необходимость перехода на системы разработки короткими забоями, главными особенностями которых являются небольшая длина очистного забоя и охрана его от интенсивных проявлений горного давления целиками угля. Одной из широкомасштабных систем разработки, нашедших широкое применение в зарубежной промышленности при разработке угольных месторождений, является камерная система разработки. Отличаясь высокой степенью универсально-
сти, характеризующейся быстрым, не требующим высоких затрат вводом в эксплуатацию, гибким реагированием на изменение горно-геологических условий, однотипностью, маневренностью и сравнительно низкими капитальными вложениями на подготовку очистного фронта и приобретение оборудования при высоких технико-экономических показателях эксплуатации, камерные системы разработки позволяют обеспечивать решение возникающих проблем.
Как правило, организация работ в камерах в рамках выемочного цикла осуществляется по принципу технологии ведения подготовительных работ на основе проходческого оборудования. Считается, что при этом максимальные темпы ведения работ могут быть достигнуты только при работе комбайна без дополнительных маневровых операций - с одной установки. Отличительной особенностью камерных систем является их постепенное чередование в пределах выемочного участка, что требует постоянного перемонтажа дополнительного, главным образом, транспортного оборудования. В связи с этим предлагается ведение очистных работ в камерах по схеме с расширением камер до величин, регламентирующихся прочностью целиков и устойчивостью кровли.
Особенностью данных технологических схем выемки полезного ископаемого является двухстадийная отработка камер, заключающаяся в формировании узкой камеры с одной установки комбайна и последующем ее расширении до проектного сечения этим же или дополнительным комбайном. При этом в качестве основного транспортного средства используется один и тот же ленточный конвейер. Расширение камер предопределяет увеличение пролета непосредственной кровли, поэтому в зависимости от ее устойчивости разработано несколько вариантов технологических схем. Кроме того, существенное влияние на порядок ведения очистных работ, под которым следует понимать отработку расширяемой части камеры, оказывает прочность угольного пласта и характеристика пород почвы.
Вариант отработки ограниченных запасов тупиковыми камерами с последующим их расширением представлен на рис. 1. Подготовка запасов начинается с проведения двух участковых выработок - конвейерного и вентиляционного штреков. Предлагаемая схема отождествляет последовательную выемку полезного ископаемого в камерах: первоначально на всю проектную длину проводится основная камера, которая затем расширяется до необходимых размеров тем же самым комбайном после перегона его к горловине.
Предусмотрено 2 варианта отработки: с сохранением расширяемой части камеры и с погашением ее в выработанном пространстве. Первый вариант необходимо применять при устойчивых кровлях, когда крепление осуществляется рамными крепями с необязательной сплошной перетяжкой; второй вариант отвечает неустойчивым породам, для которых увеличение пролета ведет к неизбежному обрушению. В этом случае расши-
ряющаяся часть камеры погашается вслед за подвиганием комплектной крепи, обеспечивающей безопасность работ в призабойном пространстве. Со стороны сформированной ранее камеры для предотвращения попадания обрушенных пород сооружается дополнительное ограждение по центральному ряду стоек.
Рис. 1. Отработка тупиковыми камерами с их расширением прямым ходом с поддержанием выработанного пространства (а) и с частичным погашением камеры за крепью (б): 1 - конвейерный штрек; 2 - вентиляционный штрек; 3 - отработанная
камера; 4- формируемая камера; 5 - камера с расширением; 6 - проходческий комбайн; 7 - ленточный конвейер; 8 - перегружатель;
9 -участковый конвейер; 10 - вентиляционный став;
11 - междукамерные целики; 12 - перемычка; 13 - индивидуальные гидростойки; 14 - деревянные стойки; 15 - самодвижущаяся
комплектная крепь
Транспортировка угля из забоя расширяемой части камеры осуществляется с помощью перегружателя, перемещаемого вслед за комбайном, для чего происходит демонтаж индивидуальных гидравлических стоек с последующей заменой их деревянными стойками. Оба варианта наиболее эффективны при двусторонней отработке запасов от центрально сдвоенных участковых штреков, разделяющих подготавливаемый участок на примерно равные части. Отбойка полезного ископаемого в камере на всех этапах выполняется одним комбайном, что упрощает организацию работ.
Достоинством вариантов отработки камерами с их расширением обратным ходом (рис. 2) является возможность проветривания очистных выработок за счет общешахтной депрессии, что упрощает схему вентиляции и позволяет разрабатывать загазованные угольные пласты.
Рис. 2. Отработка камерами при их расширении обратным ходом с поддержанием выработанного пространства (а) и с частичным погашением камеры за крепью (б): 1 - конвейерный штрек; 2 - вентиляционный штрек;
3 - отработанная камера; 4- формируемая камера; 5 - камера с расширением; 6 - проходческий комбайн; 7 - ленточный конвейер; 8 - перегружатель; 9 -участковый конвейер; 10 - вентиляционный став; 11 - междукамерные целики; 12 - перемычка; 13 - индивидуальные гидростойки;
14 - деревянные стойки; 15 - самодвижущаяся комплектная крепь;
16 - обходная выработка
Сущность предлагаемых вариантов заключается в отработке камер на всю длину участка с последующим расширением их обратным ходом. В камере для ее отработки на всю ширину также используется один комбайн, но работа его в расширенной части происходит без перегона в начало камеры. При обратном ходе производится сокращение конвейера.
Подготовка участка предполагает проведение двух участковых штреков, расстояние между которыми определяет длину камер. Штреки на границе участка соединяются дополнительной обходной выработкой. Необходимо отметить, что отработка камер по данным вариантам проводится быстрее, т. к. не требует дополнительного перегона комбайна.
Для условий неустойчивых пород одной из эффективных является технологическая схема, представленная на рис. 3 и предполагающая полное погашение камеры при ее доработке (расширении) обратным ходом, для чего необходимо использовать два комплекта самодвижущейся крепи. Подготовка участка производится аналогично предыдущим вариантам. Вентиляционный штрек, кроме основной функции, выполняет также и роль монтажной выработки, в которой подготавливаются комплектные крепи.
12
1
Рис. 3. Отработка камерами с их расширением обратным ходом
и полным погашением: 1 - конвейерный штрек; 2 - вентиляционный (монтажный) штрек; 3 - отработанная камера; 4- формируемая камера; 5 - камера с расширением; 6 - проходческий комбайн; 7 - ленточный конвейер; 8 - перегружатель; 9 -участковый конвейер; 10 - вентиляционный став; 11 - междукамерные целики;
12 - перемычка; 13 - индивидуальные гидростойки;
14 - деревянные стойки; 15 - двойной комплект самодвижущейся крепи; 16 - обходная выработка
К достоинству данной схемы следует отнести высокую степень безопасности ведения очистных работ, когда призабойная часть ограждается от обрушаемых пород крепью, обеспечивающей, к тому же, дополнительное поддержание кровли. Преимущество заключается также и в полном демонтаже рамной крепи в целях ее повторного использования в соседней камере.
Основной недостаток - тупиковое проветривание, что накладывает определенные ограничения по области применения с учетом газоносности угольных пластов.
В тех ситуациях, когда необходимо осуществить наиболее быструю отработку участков с ограниченными запасами и обеспечить высокую степень концентрации очистных работ, предлагается использовать технологические схемы, представленные на рис. 4. Кроме того, достоинством таких схем является возможность отработки участков как с углями невысокой крепости, при которых прочность междукамерных целиков близка к максимальному давлению на них, так в условиях пучащих пород почвы. В этом случае высокие темпы ведения очистных работ позволяют избежать развития негативных проявлений горного давления, приводящих к потере устойчивости целиков угля и чрезмерному пучению.
Рис. 4. Двухкомбайновая отработка тупиковых камер с поддержанием выработанного пространства (а) и с частичным погашением камеры за крепью (б): 1 - конвейерный штрек; 2 - вентиляционный штрек;
3 - отработанная камера; 4 - горловина новой камеры; 5- рабочая
камера; 6 - проходческий комбайн; 7-ленточный конвейер;
8 - перегружатель; 9 -участковый конвейер;
10 - вентиляционный став; 11 -междукамерные целики; 12 - перемычка; 13 - индивидуальные гидростойки;
14 - деревянные стойки; 15 - самодвижущаяся комплектная крепь
Любая из данных схем может быть трансформирована для других условий или с учетом иного парка оборудования. В частности, для кровель весьма устойчивых (иногда, средней устойчивости) необходимо замена рамных крепей на анкерные с дополнительными устройствами для бурения шпуров и установки штанговой крепи, что широко практикуется на месторождениях Кузнецкого бассейна.
Список литературы
1. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях/ Минуглепром СССР. М.: Недра, 1981. 288 с.
V.I. Sarychev, N.I. Abramkiri, E.I. Zaharov, IN. Znbakov, S.S. Zhukov
SYSTEMS OF OPERATING WITH WIDENING
Technologies of mining based cell systems with widening of operating were proposed. Technologies, range of application, qualities and shortcomings of cell mining systems were considered.
Key words: cell systems of operation, widening cells, processes, qualities and shortcomings, range of application.
Получено 24.11.11
