Розкриття шахтного поля для видобутку вугілля

/

Міністерство освіти і науки України

ЖИТОМИРСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра маркшейдерії

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ

з дисципліни

“Технологія підземної розробки родовищ корисних копалин”

Зміст

Вступ

1. Підрахунок запасів

2. Вибір способу розкриття

3. Підготовка шахтного поля

4. Система розробки

5. Виймання вугілля в очисних вибоях

6. Приствольний двір

7. Поверхня шахти

8. Шахтний транспорт

9. Вентиляція

Література

Вступ

На початку XX сторіччя основними споживачами продукції вугільних шахт були металургійні заводи та залізниці. У подальшому, в зв'язку з будівництвом теплових електростанцій, переходом залізниць на тепловозну тягу і наступною їхньою електрифікацією, змінився склад споживачів вугілля і їхня питома вага.

Вугільна промисловість України, незважаючи на зниження за останні роки обсягів видобутку вугілля, як і раніше, є основним постачальником енергетичного палива та сировини для коксохімічної та хімічної промисловості. Структура споживання вугілля в масштабах країни постійно змінюється.

На сьогоднішній день вугілля та вугільні сланці використовуються в абразивній та електротехнічній промисловостях для виробництва термоантрациту і ливарних порошків, при очищенні питних і стічних вод, при агломерації руд, виробництві напівпровідникових матеріалів. При хімічній переробці вугілля одержують велику кількість різноманітної продукції: пластичні маси, синтетичне рідке та газоподібне паливо, мастила, каучук та ін. Високоякісні антрацити знаходять застосування при виробництві графіту, вуглеграфітових конструкційних матеріалів.

Запаси вугілля в Україні зосереджені у трьох вугільних басейнах. В основному це кам'яне вугілля, що видобувається в Донецькому та Львівсько-Волинському басейнах. Буре вугілля зосереджено у Дніпровському басейні та у Дніпровсько-Донецький западині. Незначні його запаси знаходяться у західних і південно-західних областях України, а також на півдні Одеської області. У Дніпровському басейні на межі Кіровоградської і Черкаської областей є достатньо велике родовище пальних сланців.

На сьогоднішній день за оцінками геологів загальні запаси вугілля на території України (балансові, за балансові, та прогнозні) складають більш ніж 117 млрд. т, у тому числі кам'яне вугілля -100 млрд. т, буре -7,3 млрд. т.

1. Підрахунок запасів

шахта вугілля видобуток

Вихідні дані:

Розмір шахтного поля S Н, км 5,6 X 3,6

5,8 Х 2,6

Потужність пластів m, м 0,8; 0,7; 1,0;

0,9

Кут падіння, град. 8°

Метанообільність, мі/т 16,1

Опір вугілля різанню, Н/мм 270

Характеристика порід не стійкі

Характеристика вугілля в'язке

Визначення балансових та промислових запасів

Приблизні балансові запаси шахтного поля обчислюємо за формулою:

,т

де: S - розмір шахтного поля за простяганням, м;

H - розмір шахтного поля за падінням, м;

p - сумарна продуктивність пластів у шахтному полі, т/м2;

, т/м2

де: г - середня щільність вугілля (1,2ч1,4), т/м3;

m - потужність робочих пластів, м;

тис. т

тис. т

тис. т

тис. т

тис. т

Втрати вугілля у шахтному полі

Загальношахтні втрати:

,т

де сз.ш - коефіцієнт загальношахтних втрат; cз.ш = 0,01ч0,02 для пологих пластів.

тис. т

тис. т

тис. т

тис. т

тис. т

Експлуатаційні витрати:

,т

де cе - коефіцієнт експлуатаційних втрат. Для тонких пластів його значення складає cе=0,05ч0,10.

тис. т

тис. т

тис. т

тис. т

тис. т

Проектні втрати:

тис. т

Промислові запаси вугілля у шахтному полі:

тис. т

Ступінь повноти виймання вугілля

Продуктивність шахти:

тис. т,

де: kпл - коефіцієнт впливу кількості одночасно розроблювальних пластів:

,

де: nпл - загальна кількість пластів шахти;

nпл.ор - кількість пластів, що одночасно розробляються

- за умовою, що в шахті розроблюється один пласт:

kов - коефіцієнт, який враховує вплив навантаження на очисний вибій:

;

де Шв - коефіцієнт, який враховує вплив фізикотехнічних та технологічних властивостей породи покрівлі та покрівлі пласта, та інтенсивність ведення гірничих робіт. Для пологих пластів Шв = 0,0019;

mпл.ор - потужність пластів, які одночасно розроблюються;

mсум - сумарна потужність всіх вугільних пластів шахти;

kг - коефіцієнт, який враховує вплив глибини розробки, та кута залягання пластів:

,

де: НВГ - верхня границя шахтного поля, приймаємо НВГ = 200м.

м

м

;

;

- середній по шахті:

тис. т

З типового ряду приймаємо значення річної потужності шахти Аш.р = 1,8млн. т на рік.

Добовий видобуток шахти:

тис. т. на добу,

де 300 - кількість робочих днів на рік.

Розрахунковий термін служби шахти:

роки

Повний термін служби шахти:

років,

де: tр - час на розвиток шахти (2ч3) роки;

tз - час на затухання гірничих робіт (1ч2) роки.

2. Вибір способу розкриття

Загальні поняття

Розкриттям шахтного поля називається проведення виробок, що відкривають доступ з поверхні до шахтного поля, забезпечують можливість ведення робіт з його підготовки, а також технологічний зв'язок між пластами та поверхнею (вентиляція, транспорт, водовідлив та ін.).

Всі розкривні виробки за їх призначенням поділяються на головні та допоміжні.

До головних відносяться виробки, що мають вихід безпосередньо на денну поверхню і призначені для розкриття всього шахтного поля та технологічного зв'язку між робочими горизонтами і поверхнею. До них відносяться: вертикальні стволи, похилі стволи і штольні.

До допоміжних відносяться виробки, не що мають безпосереднього виходу на денну поверхню і призначені для розкриття і обслуговування окремих частин шахтного поля. До них відносяться: квершлаги, сліпі стволи та гезенки, як вертикальні, так і похилі.

У залежності від того, яку частину шахтного поля обслуговують допоміжні розкривні виробки, вони поділяються на капітальні, погоризонтні, поверхові і панельні.

Капітальними називаються виробки, які обслуговують все шахтне поле в продовж усього терміну існування шахти. Наприклад, капітальний квершлаг або капітальний гезенк.

Якщо ж виробка обслуговує тільки окрему частину шахтного поля: горизонт, поверх або панель, то вона, відповідно, носить назву погоризонтної, поверхової або панельної (наприклад, погоризонтний квершлаг, поверховий квершлаг, панельний гезенк).

На практиці внаслідок різноманітності гірничо-геологічних умов розкриття шахтного поля може здійснюватися шляхом поєднання різних головних і додаткових виробок, що й зумовлює наявність різноманітних способів розкриття.

Існує також термін 'схема розкриття шахтного поля', під яким розуміється схема просторового розташування розкривних виробок та її графічне зображення при тому чи іншому способі розкриття.

Вимоги до способів розкриття шахтного поля

До способів розкриття шахтного поля пред'являються такі вимоги:

– мінімальний обсяг розкривних виробок;

– мінімальні початкові капітальні витрати на розкриття;

– забезпечення безпеки робіт, наприклад, щодо влаштування виходів на денну поверхню з підземних виробок, виключення можливості підтоплення шахти зливовими або паводковими водами;

– швидке введення шахти (або горизонту при реконструкції) в експлуатацію;

– забезпечення добрих умов роботи підземного транспорту: однотипність, відсутність багатоступеневості;

– забезпечення ефективного провітрювання шахти;

– можливість періодично проводити технічне оновлення гірничого господарства шахти, наприклад, шляхом поглиблення стволів;

– мінімальні експлуатаційні витрати на транспорт, водовідлив, підтримання виробок і провітрювання.

Основними факторами, котрі впливають на вибір способу розкриття шахтного поля, є:

гірничогеологічні -- потужність і кут падіння пластів; число пластів у шахтному полі і відстані між ними; потужність наносів та наявність у них пливунів; рельєф поверхні; глибина залягання пластів і їхня газоносність; наявність геологічних порушень родовища та ін.;

гірничотехнічні -- виробнича потужність шахти, розміри шахтного поля, спосіб підготовки і системи розробки, рівень розвитку гірничопрохідницької техніки та ін.

Сутність розкриття вертикальними стволами

Сутність розкриття шахтного поля вертикальними стволами полягає у тому, що з поверхні до робочого горизонту проводять два (зрідка три) вертикальних ствола, котрі на рівні горизонту в першу чергу збиваються між собою вентиляційною збійкою для організації провітрювання гірничих виробок під час підготовки горизонту. Після цього споруджується приствольний двір, і далі проводяться додаткові виробки (квершлаги, гезенки та ін.), за допомогою котрих і здійснюється розкриття пластів. Один із стволів є головним, інший -- допоміжним.

Головний ствол служить для видачі вугілля та породи на поверхню, і на сучасних шахтах обладнується, як правило, скіповими підйомами. Місткість вугільних скіпів досягає 25 м3. Кількість скіпових підйомів для видачі вугілля залежить від виробничої потужності шахти, глибини ствола, кількості робочих горизонтів і марок вугілля (при необхідності їх роздільної видачі) і складає один або два. Видача породи здійснюється односкіповим підйомом з противагою або двоскіповим при великому об'ємі породи, що видається на поверхню.

Допоміжний ствол призначається для спуску і підйому людей, доставки матеріалів, устаткування та ін. Обладнується клітьовими підйомами. Кліті одно- або двоповерхові.

Обидва стволи використовуються для провітрювання шахти. Допоміжний ствол, як правило, є повітроподавальним, а головний призначається для видачі відробленого струменя повітря, що регламентується Правилами безпеки з таких приводів:

– щоб виключити надходження у шахту зі свіжим струменем пилу, що утворюється при розвантаженні скіпів на поверхні, а також при їхньому

– завантаженні у приствольному дворі;

– щоб забезпечити кращу герметизацію ствола від витікань повітря. Якщо вентиляційним є допоміжний ствол, то внаслідок частого відкривання вентиляційних дверей для пропуску вагонеток, а також проходу людей, мали б місце значні витікання повітря.

Розкриття вертикальними стволами і капітальним квершлагом

Цей спосіб розкриття є найбільш розповсюдженим при розробці світ пологих і похилих пластів із-за його простоти. Визначальною особливістю способу є те, що після проведення стволів до рівня робочого горизонту і спорудження на ньому приствольного двору проводиться капітальний транспортний квершлаг, яким водночас або послідовно в залежності від прийнятої черговості розробки виконується розкриття всіх пластів світи. На рівні верхньої технічної межі проводиться вентиляційний квершлаг у межах світи, а до нього з поверхні -- вентиляційний шурф або ствол. При невеликій глибині вентиляційний квершлаг може не проводитися, але в такому випадку на кожний з пластів повинен проводитися свій вентиляційний шурф.

Після розкриття кожного пласта приступають до його підготовки, тобто до проведення підготовляючих шахтне поле виробок: при поверховій підготовці -- капітального бремсберга і хідників при них, а при панельній підготовці -- головних штреків і панельних бремсбергів з хідниками. Після цього від бремсбергів проводяться поверхові (ярусні) штреки і розрізні печі, від яких починається очисна виїмка.

Після завершення відробки бремсбергового ступеня приступають до відробки похилового, для чого завчасно проводять капітальний або панельні похили і хідники при них. Для провітрювання похилового поля паралельно транспортному квершлагу проводять вентиляційний квершлаг.

Схема транспорту вугілля при розкритті вертикальними стволами і капітальним квершлагом:

при відробці бремсбергового ступеня: лава-9-7-5-1;

при відробці похилового ступеня: лава-9-13-5-1.

Схема провітрювання шахти:

для бремсбергового ступеня: 2-5-8-9-лава-10-11-4-3;

для похилового ступеня: 2-5-12-9-лава-10-14-15-6-1.

Достоїнства розкриття світи пластів вертикальними стволами і капітальним горизонтальним квершлагом:

загальні для розкриття вертикальними стволами і одногоризонтного розкриття;

зручність сполучення між пластами і приствольним двором з точки зору роботи допоміжного транспорту;

горизонтальний квершлаг може бути один, у той час як, наприклад, похилих треба проводити не менше двох або трьох.

Недоліки розкриття вертикальними стволами і капітальним горизонтальним квершлагом:

загальні для розкриття вертикальними стволами і одногоризонтного розкриття;

значна довжина квершлагу при надто пологому заляганні пластів.

Умови застосування розкриття вертикальними стволами і капітальним горизонтальним квершлагом:

загальні для одногоризонтного розкриття;

при відносно невеликих розмірах шахтного поля за падінням (до 2,5-3,0 км);

при кутах падіння пластів від 8-10° до 30-35є.

У тих випадках, коли довжина горизонтального квершлагу значна, наприклад, при надто пологому заляганні пластів, або при необхідності розкрити віддалені від основної світи пласти або поділити шахтне поле на приблизно рівні частини (бремсбергову і похилову), або за наявності геологічних порушень замість горизонтального стає більш вигідним проводити похилий квершлаг.

3. Підготовка шахтного поля

Загальні поняття

Підготовка шахтного поля -- проведення гірничих виробок після розкриття шахтного поля з метою розподілу його на частини зручні для розміщення в них очисних вибоїв.

Відробка вугільних пластів в Україні і в інших вуглевидобувних країн світу здійснюється здебільшого довгими очисними вибоями -- лавами. У залежності від розмірів шахтного поля, кута падіння пласта, потрібного навантаження на пласт, напряму посування очисного вибою (за простяганням, падінням або підняттям) та декількох інших чинників на кожному з робочих пластів можна розташувати одну-дві або більше лав. Для цього шахтне поле поділяється підготовляючими виробками за простяганням і за падінням на менші частини з метою подальшого розміщення в їх межах виймальних ділянок, котрі будуть відроблятися окремими лавами. Межі цих окремих частин часто визначаються геологічними порушеннями, що мають місце у шахтному полі.

До підготовляючих виробок відносяться: капітальні і панельні бремсберги та похили з хідниками при них; головні, магістральні, поверхові і ярусні штреки; флангові вентиляційні і повітроподавальні виробки, а також виробки, що примикають до очисних вибоїв, які посуваються за підняттям або за падінням пласта.

Вимоги, що подаються до способів підготовки

До вибору способу підготовки шахтного поля подаються такі вимоги:

– забезпечення можливості розміщення запланованого фронту очисних вибоїв;

– можливість застосування прогресивних систем розробки;

– мінімальний обсяг підготовчих виробок;

– мінімальні початкові витрати на підготовку;

– швидке введення шахти в експлуатацію;

– простота і надійність роботи транспорту і вентиляції.

На вибір способу підготовки шахтного поля впливають такі фактори:

гірничо-геологічні --кут падіння пласта, наявність значних геологічних порушень у шахтному полі, напрямок основної системи тріщин у породах покрівлі пласта, його наводненість та потужність;

гірничотехнічні -- розмір шахтного поля за простяганням, кількість очисних вибоїв, що треба розмістити в пласті; технологія ведення очисних і підготовчих робіт.

Кут падіння суттєво впливає на вибір способу підготовки. Так, при кутах падіння пласта менших за 10° можлива виїмка лавами за підняттям і падінням, що дозволяє застосовувати ефективний погоризонтний спосіб підготовки. Кут падіння також обмежує застосування конвеєрного транспорту вугілля. Тому при кутах менших за 25° доцільна панельна підготовка з повною конвеєризацією, а при кутах понад 25° -- поверхова. При горизонтальному або близькому до нього заляганні пластів доцільним є застосування способу підготовки головними штреками.

Наявність великих геологічних порушень у шахтному полі ускладнює або робить недоцільним перехід їх очисними вибоями, що примушує ділити поле на окремі частини з межами, пристосованими до цих порушень. У Донбасі більшість порушень орієнтована за падінням пластів. Це зумовлює розподіл шахтного поля за простяганням на панелі, тобто виникає необхідність застосування панельного способу підготовки.

Напрямок основної системи тріщин впливає на орієнтацію очисних вибоїв. При слабких породах покрівлі для попередження їхнього обвалення в привибійній зоні лінію очисного вибою треба розміщувати перпендикулярно до основної системи тріщин. Наприклад, якщо кут падіння пласта дозволяє застосовувати погоризонтну підготовку, а система тріщин орієнтована за простяганням, то може виявитися (при слабких породах покрівлі), що більш доцільним у даному випадку буде поверховий або панельний спосіб підготовки з виїмкою лавами за простяганням.

Наводненість пластів також впливає на орієнтацію очисних вибоїв. На обводнених пластах для попередження попадання води в очисний вибій бажана виїмка лавами за підняттям. Якщо ж кут падіння пласта на декілька градусів перевищує гранично допустимі 10°, то можливо лінію очисного вибою розміщувати діагонально до лінії падіння пласта таким чином, щоб просторовий кут лінії вибою не перевищував 10°, забезпечуючи при цьому можливість застосування ефективного погоризонтного способу підготовки. У поєднанні з потужністю пласта його наводненість також істотно впливає на вибір способу підготовки. Так, при потужності понад двох метрів і кутах падіння пласта менших за 10° виїмку рекомендується виконувати лавами за падінням, тобто застосовувати погоризонтну підготовку, однак при наводненості пласта це недопустимо, тому відробку необхідно вести лавами за простяганням, тобто застосовувати інший спосіб підготовки.

Потужність пласта грає роль у тому відношенні, що при проведенні виробок по пласту без підривання вміщуючих порід (при потужності понад 3,0-3,5 м) спрощується їхнє проведення, підвищуються темпи проходження і скорочуються терміни підготовки. Це в поєднанні з високим навантаженням на очисний вибій на пластах такої потужності дозволяє застосовувати просту поверхову підготовку замість, наприклад, панельної.

При значних розмірах шахтного поля за простяганням різко зростають витрати на підтримання поверхових штреків, ускладнюється провітрювання очисних вибоїв. У таких випадках доцільно застосовувати панельний спосіб підготовки.

Погоризонтний спосіб підготовки шахтного поля.

Сутність погоризонтного способу підготовки полягає у тому, що шахтне поле поділяється головними (магістральними) штреками на виїмкові ступені (горизонти) завдовжки за падінням, як правило, не менше за 1000 м. Цей розмір (похила висота ступеня) на практиці може сягати 1800-2000 м. Ступені в свою чергу поділяються за простяганням на виїмкові смуги.

Відробка виїмкових смуг здійснюється лавами за падінням або за підняттям. У кожній смузі може бути одна або дві лави і в рідких випадках -- більше.

Сама назва способу -- “погоризонтний”, -- не є точною і справедлива лише для випадків, коли у горизонті, як частини шахтного поля, знаходиться один виїмковий ступінь, звичайно -- бремсберговий. Однак в силу звички термін цей укорінений і тепер є загальновживаним.

Порядок відробки виїмкових смуг у горизонті може бути прямим, зворотним і комбінованим. Рекомендується у бремсберговому ступені застосовувати прямий порядок відробки для скорочення обсягів проведення виробок (головних штреків), а отже, термінів і капітальних витрат на період пуску шахти в експлуатацію, а у похиловій частині -- зворотний порядок з метою використання головних штреків, що до останнього часу знаходяться в робочому стані, і їх погашення по мірі відробки похилового ступеня.

Комбінований порядок відробки виїмкових смуг у крилі ступеня застосовується в одних випадках для збільшення фронту очисних вибоїв, в інших -- для забезпечення можливості проведення виїмкових виробок при підготовці стовпів у смузі вприсічку до виробленого простору (докладніше про це дивись у другій частині підручника в розділі 'Системи розробки').

Підготовка пласта починається з проведення головних штреків на довжину, що забезпечує можливість підготовки перших виїмкових смуг. Як на транспортному, так і на вентиляційному горизонтах, як правило, проводять здвоєні штреки. Оскільки для колісного транспорту штреки повинні знаходитися на одному рівні, один з них розташовується по пласту, а другий -- по пустих породах (польовий) у підошві пласта. При слабких бокових породах пласта обидва штреки проводяться польовими.

Для підготовки похилового ступеня всередині його проводиться центральний похил з хідником і споруджується водовідливний комплекс, що включає насосну камеру, електропідстанцію і водозбірники. По завершенні їх спорудження проводяться також здвоєні головні дренажні штреки до меж шахтного поля. До цього часу закінчується відробка бремсбергового ступеня і здійснюється підготовка виїмкових смуг у похиловому ступені, що будуть відроблятися зворотним порядком.

Транспорт вугілля по головних штреках здійснюється або у вагонетках електровозами, або стрічковими конвеєрами. При великих розмірах шахтного поля більш доцільним є колісний транспорт, що виконує водночас функції головного і допоміжного транспорту.

Схема транспорту:

– при відробці бремсбергового ступеня: лава-6-5-3-1;

– при відробці похилового ступеня: лава-16-5-3-1.

Якщо відробка виїмкових смуг у похиловому полі ведеться зверху вниз (при потужності пласта понад 2,0 м), то в якості транспортних використовуються один з колишніх дренажних штреків і центральний похил.

Схема провітрювання шахтного поля:

– для бремсбергового ступеня: 2-3-4-7-лава-8-10-11-12 з підсвіженням вихідного струменя по 6;

– для похилового ступеня: 2-3-5-16-лава-17-18-19-1.

У випадку необхідності прямоточного провітрювання з підсвіженням вихідного струменя у похиловому полі в якості вентиляційних виробок використовуються головний дренажний штрек і хідник центрального похилу.

Достоїнства погоризонтного способу підготовки:

– простота підготовки і схем транспортування вугілля та провітрювання;

– зниження капітальних витрат на підготовку нових горизонтів у 1,3_1,5 рази за рахунок зменшення питомої протяжності підготовляючих виробок;

– більш короткий період підготовки пластів;

– забезпечення постійності довжини лави за рахунок того, що виїмкові виробки проводяться за напрямком, тобто строго прямолінійно. При цьому

– також забезпечується необхідний похил для стоку води. Постійність довжини лави важлива при застосуванні механізованих комплексів, оскільки при її змінах потрібно або видаляти з вибою частину секцій кріплення, або, навпроти, нарощувати їх;

– можливість застосування конвеєрного транспорту на дільниці завдяки прямолінійності виїмкових виробок;

– можливість відробки пластів з будь-якими водоприпливами при виїмці лавами за підняттям;

– підвищення стійкості вибою від вивалів вугілля при виїмці за падінням і зниження імовірності виникнення раптових викидів вугілля і газу, що підвищує безпеку робіт на таких пластах.

Недоліки погоризонтного способу підготовки:

– збільшення обсягу та ускладнення проведення протяжних похилих виробок;

– додаткові труднощі, повязані з доставкою людей, матеріалів та устаткування по похилих виробках.

Область застосування погоризонтного способу підготовки:

– пласти з кутами падіння меншими за 10°;

– потужність пласта -- не більше за 2 м з виїмкою лавами за підняттям і необмежена з виїмкою за падінням;

– багатоводність пласта -- необмежена при виїмці лавами за підняттям і менша за 5 м3/годину при виїмці за падінням.

Перспективи застосування погоризонтного способу підготовки сприятливі. Внаслідок зменшення кутів залягання пластів з глибиною область його застосування поширюється. Більш широкому застосуванню способу в нинішній час перешкоджає відсутність ефективних засобів виїмки вугілля в очисних вибоях, працюючих за підняттям і падінням при кутах понад 10°. Із створенням таких засобів (а така задача, треба вважати, буде вирішена) обсяг застосування погоризонтної підготовки значно зросте.

4. Система розробки

Загальні відомості

Після завершення етапу підготовки шахтного поля переходять до наступного етапу -- експлуатації родовища, тобто власне до видобутку корисної копалини.

Роботи, пов'язані з видобуванням корисної копалини, мають назву очисні роботи, а виробки, в яких безпосередньо видобувається корисна копалина, -- очисними виробками. На практиці частіше вживається термін 'очисний вибій'. Як види очисних вибоїв можуть бути визначені лави, камери, смуги та заходки.

Кожний очисний вибій обслуговується виробками, що призначені для транспорту, вентиляції, пересування людей та інших цілей і носять загальну назву підготовчі виробки. Однак, оскільки до підготовчих відносяться також і виробки, що підготовляють шахтне поле, зручніше виробки, що безпосередньо обслуговують очисні вибої, називати виїмковими.

Характерною особливістю ведення очисних робіт є постійне переміщення очисного вибою в просторі, внаслідок чого особливе значення набуває вчасне проведення виробок, що обслуговують цей вибій. У одному випадку виробки можуть проводитися до початку ведення очисних робіт, в іншому -- водночас з очисними роботами, в третьому -- частину виробок проводять до початку відробки дільниці, а інші -- під час ведення очисних робіт.

Встановлений для даних умов порядок ведення очисних і підготовчих робіт в часі та просторі називається системою розробки пласта.

Систему розробки можна також визначати як комплекс очисних і підготовчих виробок, що проводяться в певній послідовності в часі та просторі.

Обрана для конкретних умов залягання пласта система розробки повинна задовольняти наступним основним вимогам: безпека ведення очисних і підготовчих робіт, комфортні умови праці, економічність розробки, мінімальні втрати корисної копалини в надрах та забезпечення охорони навколишнього середовища.

Основними факторами, що мають вплив на вибір системи розробки є: потужність і кут падіння пласта, властивості бокових порід, міцність вугілля, газоносність пласта і вміщуючих порід, схильність вугілля до самозапалювання, обводненість, глибина розробки, взаємне розташування пластів у свиті, схильність пластів до раптових викидів вугілля і газу, способи механізації очисних і підготовчих робіт та ін.

Класифікація систем розробки

Різноманітність гірничо-геологічних умов залягання вугільних пластів і технічних засобів їхньої виїмки визначає і велику кількість варіантів та різновидів систем розробки, що зустрічаються на практиці. Для їх повної характеристики потрібно врахування багатьох різних ознак.

В якості основних ознак прийняті спосіб виїмки пласта за потужністю, довжина очисного вибою, напрямок виїмки пласта відносно елементів залягання, а також порядок ведення очисних і підготовчих робіт в межах поверху, ярусу або виїмкової смуги

За способом виїмки пласта за потужністю всі системи розробки поділяються на дві групи: одношарові та багатошарові. У першій групі систем пласт виймається відразу на повну потужність, тобто без поділення його на шари, у другій здійснюється попереднє поділення пласта на шари, кожен з котрих розробляється як окремий пласт середньої потужності. В залежності від орієнтування шарів пласта у просторі група багатошарових

систем поділяється на підгрупи з виїмкою похилими, горизонтальними або поперечно-похилими шарами.

За довжиною очисного вибою всі системи розробки поділяються на два види: довговибійні і коротковибійні. До першого відносяться системи з довжиною вибою понад 20 м, а до другого -- з довжиною до 20 м.

За напрямком виїмки відносно елементів залягання пласта існують системи розробки: з виїмкою за простяганням, підняттям, падінням і по діагоналі.

За порядком і послідовністю ведення очисних і підготовчих робіт, тобто прийнятому порядку підготовки і наступної відробки пласта, системи поділені на: суцільні, стовпові, камерні, смугові і комбіновані.

Додатковими класифікаційними ознаками систем розробки є: принцип поділення поверху (ярусу, смуги) на виїмкові поля; характер компоновки очисних вибоїв в поверсі (ярусі, смузі); напрямок транспортування вугілля у виїмковому полі; порядок провітрювання виїмкової дільниці, спосіб охорони виїмкових виробок, тощо. За допомогою цих ознак класи систем розробки можуть поділятись на підкласи, різновиди, підрізновиди, типи, підтипи і модифікації.

Стовпові системи розробки. Загальні відомості.

Стовпові системи розробки характеризуються тим, що до початку ведення очисних робіт на пласті проводять підготовчі виробки, якими в пласті оконтурюють окремі дільниці, які називаються стовпами, і тільки після цього приступають до очисної виїмки.

Визначальними признаками стовпових систем розробки є:

? очисні і підготовчі роботи розділені в часу і просторі;

? виїмкові виробки підтримуються в неторканому масиві вугілля або в зоні гірничого тиску, що встановився, і, як правило, гасяться позаду очисного вибою по мірі його посування;

-напрямок транспортування вугілля по виробках, що примикають до лави, і напрямок руху відробленого струменя повітря по них завжди співпадають з напрямком руху самої лави.

Стовпові системи розробки можуть застосовуватися при будь-яких способах підготовки шахтного поля, але здебільшого на пологих пластах їх застосовують при панельній підготовці, а на пластах з кутами падіння до 10°

-- при погоризонтній.

Розрізняють наступні різновиди стовпових систем розробки:

? з виїмкою лавами за простяганням:

а) лава-ярус (поверх);

б) спареними лавами в ярусі (поверсі);

в) з поділенням поверху на підповерхи.

? з виїмкою лавами за підняттям або падінням:

г) одинарними лавами;

д) спареними лавами.

Загальними достоїнствами стовпових систем розробки є:

? порівняно гарний стан транспортних виїмкових виробок, які розташовані в масиві вугілля, і малі витрати на їхнє підтримання;

? вилучення взаємних завад між роботами з проведення виїмкових виробок і очисною виїмкою, що дозволяє ефективно використовувати високопродуктивну техніку в очисних і підготовчих вибоях;

? детальне дорозвідування умов залягання пласта в період підготовки стовпів і можливість вчасного виявлення геологічних порушень для прийняття необхідних заходів щодо переходу їх очисними вибоями або підготовки нового вибою за їх межами;

? погашення виїмкових виробок по мірі посування очисного вибою, що дозволяє регулярно і повно витягати металеве кріплення;

? відсутність витікань повітря через вироблений простір, що забезпечує нормальне провітрювання лави і попереджає можливість самозапалювання вугілля у виробленому просторі, а у випадку виникнення пожежі її можна легко ізолювати шляхом встановлення герметичних перемичок у виїмкових виробках, провести нову розрізну піч і продовжити очисні роботи без тривалих перерв.

Загальні недоліки стовпових систем розробки:

? великий обсяг проведення підготовчих виробок до початку ведення очисних робіт, що подовжує терміни введення лав в експлуатацію, а при будівництві шахт або підготовці нових горизонтів викликає значні капітальні

витрати;

? складність провітрювання підготовчих виробок великої протяжності в період їхнього проведення;

? обмеження навантаження на очисний вибій за газовим фактором, особливо на надто газоносних пластах;

? підготовчі виробки підтримуються як в період їхнього проведення, так і під час ведення очисних робіт, що призводить до додаткових витрат на їхнє підтримання особливо при випинаючих породах підошви.

Стовпова система роз робки з виїмкою лави за підняттям та за падінням.

Ця система розробки застосовується при погоризонтній підготовці шахтного поля. Довгі стовпи підготовляються шляхом проведення похилих виїмкових виробок (бремсбергів або похилів) на всю висоту виїмкового ступеня горизонту між головними штреками.

Відробка стовпів може здійснюватися як за підняттям, так і за падінням в залежності від ряду умов. Так, при значній обводненості пласта доцільно застосовувати виїмку за підняттям. Наявність води у вибої в меншій мірі відбивається на умовах праці при потужності пласта понад 1,5 м, коли забезпечується більш-менш зручне пересування людей по лаві. На таких пластах при невеликій обводненості допускається розробка і за падінням. Однак при потужності пласта понад 2,0 м, коли можливі випадання шматків вугілля з вибою, виїмку слід здійснювати за падінням.

Зустрічаються два різновиди цієї системи розробки -- з виїмкою одинарними і спареними лавами.

При виїмці одинарними лавами за підняттям та падінням для підготовки стовпа проводиться одна виробка -- в першому випадку виїмковий похил, у другому -- виїмковий бремсберг, а в якості вентиляційного хідника на тонких пластах здебільшого використовується повторно колишній виїмковий похил (бремсберг), який охороняють ціликами вугілля, бутовою смугою або ж штучними спорудами з органки, кострів, БЗБТ та ін.

Якщо повторне використання виробки ускладнене, то проводять новий хідник або вприсічку до виробленого простору широким ходом, або по пласту із залишенням між стовпами цілика вугілля завширшки 15-25 м. Перший спосіб застосовують в основному на тонких пластах, другий -- на пластах середньої потужності. Також застосовується проведення вентиляційного хідника вузьким вибоєм вприсічку до виробленого простору.

Транспорт виїмковим похилом (бремсбергом) здійснюється, як правило, стрічковими конвеєрами, допоміжний всіма виїмковими виробками -- монорейковий або наґрунтовою дорогою.

Більш ефективне провітрювання забезпечується при виїмці за підняттям, бо тут будуть відсутні шкідливий вплив теплової депресії, що має місце при низхідному провітрюванні, а також скупчення значних об'ємів метану у виробленому просторі, що характерно для стовпової системи розробки з виїмкою за падінням. У таких випадках при зниженні барометричного тиску відбувається підвищене надходження газу у виробки, що порушує нормальне їх провітрювання. З цієї причини стовпову систему розробки з виїмкою за падінням в чистому вигляді застосовують порівняно рідко і то лише на негазових пластах. На практиці ж вона застосовується і на пластах з високою газоносністю, але при висхідному провітрюванні з підтриманням вентиляційної виробки у виробленому просторі. Однак таку систему розробки слід відносити до комбінованих, які розглядаються в наступному розділі.

При вийманні спареними лавами за підняттям і падінням проводяться дві похилі виробки -- виїмковий похил (бремсберг) і один з вентиляційних хідників, а в якості іншого використовується повторно вентиляційний хідник відробленого стовпа або ж проводиться новий. Способи розташування і охорони цієї виробки такі ж, як і в різновиді системи з виїмкою одинарними лавами.

Транспорт вугілля зі спарених лав здійснюється середньою виробкою -- виїмковим похилом (бремсбергом), що має свої переваги: в роботі знаходиться одна транспортна виробка і один стрічковий конвеєр. Однак при високих навантаженнях на очисні вибої, а також при складності підтримання середньої виробки на сполученні лав, транспортування вугілля з лав здійснюють бортовими виробками, а середня служить для вентиляції, тобто кожна лава має свій виїмковий похил (бремсберг) і загальний вентиляційний хідник.

Достоїнства стовпової системи розробки з виїмкою лавами за підняттям (падінням):

- загальні для стовпових систем розробки;

- постійність довжини лави;

- повна конвеєризація транспорту на дільниці;

- можливість відробки пластів будь-якої обводненості (при виїмці за підняттям).

Недоліки:

- загальні для стовпових систем розробки;

- обмежена область застосування щодо кутів падіння пластів;

- різке зниження показників роботи очисних вибоїв при кутах падіння понад 8° із-за відсутності вибійного обладнання для роботи в таких умовах.

Область застосування: пласти з кутами падіння до 10°, будь-якої газоносності, з породами підошви, не схильними до здимання, потужність пласта -- не більше за 2 м з виїмкою лавами за підняттям і необмежена з виїмкою за падінням; обводненість пласта -- необмежена при виїмці лавами за підняттям і менша за 5 м3/годину при виїмці за падінням.

У зв'язку з великими перевагами виїмки пластів за підняттям та падінням на практиці її застосовують і при кутах падіння понад 10°. В цих випадках виїмкові виробки проводять діагонально до головних штреків, щоб зменшити просторовий кут вибою до необхідного.

5. Виймання вугілля в очисних вибоях

Віймання вугілля може здійснюватися механічними способами (виконавчими органами гірських машин), за допомогою підривних робіт, гідравлічним способом тощо. Вибір способу виймання насамперед залежить від властивостей і стану пластів корисної копалини і навколишніх порід, наявності технічних засобів, вимог, пропанованих до якості корисної копалини, а також витрат на виямку. Великий вплив на вибір способу виймання робить стійкість покрівлі і грунти. Якщо зусилля, що розвиваються виймальними машинами, недостатні для руйнування вугілля, відбувається підготовка пласту до виймання, що полягає в попередньому розпушуванні за допомогою буро-підривних робіт. Однак часто на практиці за умовами пилегазового фактору підривні роботи не можуть застосовуватися.

Процес виймання містить у собі не тільки руйнування пласту, але і навантаження корисної копалини. Ці процеси можуть виконуватись або однією машиною, або різними машинами, одночасно чи послідовно в залежності від гірничо-геологічних умов і технології очисних робіт.

Найбільш широке застосування одержало виймання механічним способом. Воно здійснюється за допомогою комбайнів, стругів, бурошнекових установок, відбійних малотків і вугільних пилок.

Виймання корисної копалини здійснюється в довгих очисних вибоях, чи в коротких камерах, заходках. У вітчизняній практиці найбільше застосування одержали довгі очисні вибої.

Розрізняють широкозахватну і вузькозахватну виїмку. Широкозахватною називають виїмку, при якій руйнування вугільного масиву здійснюється смугами шириною більше 1 м. Виймання, при якому руйнування вугілля відбувається смугами шириною менш 1 м., називається вузькозахватним. У деяких випадках виділяють виїмку із шириною захвату 0,2-0,5 м., називають малозахватною.

Різновид вузькозахватного виймання, при якому руйнування вугілля відбувається стругом, що рухається уздовж вибою і зрізає стружку шириною 0,1-0,2 м., називають струговим вийманням.

Руйнування смуги в очисному вибої може здійснюватись одночасно по всій довжині вибою чи в одному місці, що переміщується уздовж лінії очисного вибою.

Виймання, при якому виконавчий орган обробляє поверхню вибою, а напрямок виймання збігається з напрямком просування вибою, називається фронтальним.

Виймання, при якому руйнування смуги вугілля здійснюється машиною, що пересувається уздовж вибою, перпендикулярно до його просування, називається флантовим.

Можливе комбіноване виймання, при якому самоврубування відбувається в напрямку просування вибою, а безпосередньо виймання - у перпендикулярному напрямку.

Вузькозахватні виймальні машини, що працюють за фланговою схемою, можуть бути розділені на два типи: однобічної, з холостим перегоном після виймання смуги вугілля,і човникову виробляючу виїмку вугілля в обох напрямках.

Розрахунок довжини лави

Вибираємо комбайн марки К103М.

Комбайн очисний К103М призначений для механізації виїмки вугілля на пологих і похилих шарах потужністю 0,6 - 1,3 м з кутом падіння до 35 по простяганню й до 10° по падінню й повстанню при опірності вугілля різанню до 360 Н/мм. При кутах падіння шару 9° і вище комбайн застосовується із запобіжною лебідкою ЗЛП.

Виїмка вугілля може здійснюватись за човниковою схемою.

Технічні характеристики комбайну, табл.1.

Визначення довжини лави за техніко-організаційними чинниками

Довжина лави залежить головним чином від продуктивності виймальної машини, прийнятого режиму організації робіт і величини витрат часу на виконання окремих робочих операцій.

Довжина лави при використанні вузькозахватного комбайну при роботі за човниковою схемою розраховується за формулою:

,

де: Тзм - тривалість зміни; приймаємо Тзм = 360хв;

tп.з - час на підготовчо-заключні операції; за нормованим часом на ці операції для всіх сучасних вузькозахватних комбайнів tп.з = 15ч18 хв. в зміну; приймаємо tп.з = 17 хв;

tп.р - час на підривання шпурів в нішах і провітрювання лави tп.р = 5ч7 хв;

приймаємо tп.р = 6 хв;

nзм - кількість видобувних змін за добу; всі три шестигодинні зміни рекомендують приймати, як правило, видобувними, nзм = 3;

tк.о - час на кінцеві операції (підготовку комбайна до виймання наступної смуги), залежить від схеми взаємодії кріплення, конвеєра і комбайна комплексу, обумовлена нерідко їх конструктивними особливостями, і, за даними нормативів, змінюється в широких межах. Для наближених розрахунків можна рекомендувати в середньому tк.о = 20ч30 хв. на один цикл, приймаємо tк.о = 25 хв;

nц - ціле число циклів (смуг вугілля, що виймаються) за добу чи за зміну, приймаємо nц = 3;

К - - коефіцієнт, який враховує, що в процесі роботи комбайна чи будь-якої іншої машини, яка працює в комплексі з ним, можуть мати місце з організаційних чи технічних причин простої і втрати робочого часу комбайна. Приймаємо значення k = 0,95;

tз - час на заміну одного зуба (різця), приймаємо tз = 1 хв;

r - ширина захвату комбайна чи смуги вугілля, що виймається, для комбайна К103М r = 0,8 м;

m - потужність пласта (шару), що виймається, для комбайна К103М m = 0,8 м;

z - витрати зубів на 1 мі вугілля, приймаємо z = 0,05 шт/мі;

tд - час на допоміжні операції, приймаємо tд = 0,1 хв;

lн - сумарна довжина верхньої та нижньої допоміжних ніш. Так як комбайни К103М використовується с самозарубкою, то lн буде дорівнювати нулю.

Швидкість подачі комбайну (руху струга) за техніко-організаційним фактором:

,м/хв.,

де: Nnom - номінальна потужність двигуна комбайна, для комбайна К103М Nпот = 180 кВт.,

Hw - питомі енерговитрати на руйнування вугілля, кВт ч;

m - потужність пласта, м;

Питомі енерговитрати на руйнування вугілля:

, кВт•ч,

де: - середньозважений опір пласта різанню, Н/мм;

R - показник руйнування пласта: для в'язкого вугілля R=1,3-1,7

м/хв.;

Швидкість подачі комбайну згідно з газовим фактором:

м/хв.,

де: ц2 - коефіцієнт звуження повітряного струменя в лаві (=0,7...0,9);

d - 1% - допустимий згідно ПБ вміст метану у вихідному струмені повітря з лави;

qм - метанообільність пласта, м3/т;

kнм - коефіцієнт нерівномірності виділення метану в лаві (для лав, що

працюють з повним обваленням - kнм=1,2…1,3; з плавним опусканням - kнм=1,5…2,0; з частковим закладенням - kнм=1,2; з повним закладенням - kнм=1,1);

х - допустима згідно з П.Б. швидкість руху повітря у лаві - 4м/хв.

м/хв.;

Приймаємо швидкість подачі для комбайна 0,32 м/хв.

Визначаємо довжину лави за техніко-організаційними факторами:

м;

Визначення довжини лави, виходячи з добового навантаження на лаву, установленого за коефіцієнтом машинного часу.

м,

де: qр - розрахункова продуктивність виймальної машини, т/хв., для комбайна К103М qр = 2,0 т/хв.

Км - коефіцієнт машинного часу:

,

де: К1 - коефіцієнт надійності роботи даного типу виймальної машини. Для комбайна, зазвичай, в середньому К1 = 0,7ч0,8;

К2 - коефіцієнт, який враховує простої виймальної машини з організаційно-технічних причин (для комбайна приймають К2 = 0,8ч0,96).

м.

Визначення довжини лави за чинником вентиляції

Довжину лави, попередньо визначену за техніко-організаційним фактором, необхідно достатньо перевірити за фактором вентиляції за наближеною формулою:

м,

де: х- максимально допустима по ПБ швидкість руху повітря, м/с (х = 4 м/с);

b - мінімальна ширина привибійного простору лави (2ч10) м, приймаємо

b = 3,5м;

m0 - загальна потужність пласта (шару), м;

mп- корисна потужність пласта (шару), м (зазвичай, приймають m0=mп=m);

со - коефіцієнт вилучення відбитого вугілля в лаві (со = 0,95ч0,97)

ц - коефіцієнт, що враховує зменшення поперечного перерізу привибійного простору внаслідок використання кріплення (для механізованого кріплення приблизно ц = 0,85ч0,9, а для індивідуального кріплення ц = 0,9ч0,95);

Кв.п - коефіцієнт, що враховує рух повітря по прилеглому до лави виробленому простору: при управлінні покрівлею при плавному опусканні Кв.п = 1,15ч1,17;

е - коефіцієнт, що враховує, яка частина метану загального метановиділення ділянки проходить через привибійний простір лави (в середньому е=0,4 0,6);

q - норма повітря на 1 т добового видобутку лави, м3/хв.; для зверх категорійних шахт по метану приймають відповідно 1,5 м3/хв.;

м

Допустиму довжину лави за фактором вентиляції визначаємо за наближеною формулою:

м,

де: Км - коефіцієнт машинного часу, який залежить від типу видобувного комплекту, що застосовують (значення Км наведене вище);

qл - відносне метановиділення лави qл = q = 16,1 м3/т;

е1 - частка загального відносного метановиділення лави, яке обумовлене виділенням метану із пласта, що розроблюють, через відслонені поверхні і із відбитого вугілля (е1 = 0,4ч0,5);

е2 - частка від загального відносного метановиділення лави, обумовлене виділенням метану із виробленого простору в привибійний простір (е2 = 1- е1)

с1; с2 - коефіцієнти ефективності дегазації відповідно пласта, ща розроблюється, і виробленого простору: с1 = 0,2, с2 = 0,8;

К - коефіцієнт, який характеризує природну дегазацію джерел виділення метану в період відсутності видобувних робіт, визначають за формулою:

;

м.

За даними розрахунків приймаємо остаточну довжину лави 91 м.

Перевірка довжини лави за продуктивністю конвеєра.

Приймаємо конвеєр СПЦ163, який входить до складу механізованого комплексу МКД90, який обладнаний очисним комбайном К103М.

Технічні характеристики скребкових конвеєрів наведені у таблиці 2.

Довжина лави за продуктивністю конвеєра визначається за формулою:

, м,

де: N - сумарна потужність двигунів конвеєра, кВт;

з - к. к. д. приводу конвеєра (з = 0.8ч0.85);

хл - швидкість руху ланцюга скребкового конвеєра, м/с;

q0 - маса 1 м ланцюга з скребками, кг;

q1 - завантаження жолоба конвеєра, кг,

,

де: , т/год,

де: k - коефіцієнт, який враховує необхідний резерв продуктивності конвеєра для одночасного транспортування вугілля з ніш (k = 1,1ч1,12);

в - кут нахилу конвеєрного ставу (знак додати перед синусом приймають при доставці матеріалу вверх, знак відняти - вниз). Коли лінія очисного вибою розташована по лінії падіння пласта (шару), кут нахилу конвеєра

дорівнює куту падіння пласта, тобто в = Ь; - коефіцієнти опору руху відповідно ланцюга і вугілля. При прямолінійному ставі: одноланцюгові ; ; дволанцюгові ; .

, т/год;

, кг;

, м.

6. Приствольний двір

Приствольним двором називається комплекс виробок, розташованих у стволів, що з'єднують їх з головними виробками горизонту і призначених для обслуговування гірничих робіт на горизонті у відповідності з призначенням стволів, а саме: прийому видобутого вугілля та породи і перевантаження їх на транспортні засоби стволів; прийому та видачі устаткування, матеріалів, людей; водовідливу, вентиляції та ін.

На вибір технологічної схеми приствольного двору впливають такі чинники: тип стволів та їх кількість; тип підйомних засобів по стволах; вид транспорту в приствольному дворі; принцип та схема руху составів у приствольному дворі; схема розкриття шахтного поля; розташування віток приствольного двору відносно головної виробки, до якої він примикає.

У залежності від типу підйомних судин у стволах бувають клітьові і скипо-клітьові приствольні двори. Зараз, як правило, проектуються скипо-клітьові двори з видачею вугілля і породи в скіпах і виконанням допоміжних операцій клітьовими стволами. При блокових здвоєних стволах можуть бути клітьові приствольні двори.

За видом транспорту в приствольному дворі останні поділяються на три типи: приствольні двори з локомотивним, конвеєрним та гідравлічним транспортом.

При розкритті світи пластів (пласта) квершлагом з лежачого або висячого боку можуть застосовуватися петльові або тупикові приствольні двори з одностороннім надходженням у них вантажів.

При розташуванні вертикальних стволів на квершлазі між пластами можуть зустрічатися різні схеми прив'язки в залежності від довжини квершлагу і орієнтації транспортних віток. При великій відстані між пластами бажано (якщо це можливо за орієнтацією віток) мати приствольний двір паралельного типу з тим, щоб максимально використати довжину квершлагу в якості транспортної вітки приствольного двору.

Якщо ж відстань між пластами по квершлагу мала, слід застосовувати інші типи приствольних дворів з іншими схемами прив'язки, а саме: кругові перпендикулярні або діагональні, петльові чи тупикові.

При розкритті окремого пласта вертикальними стволами без додаткових розкривних виробок приствольний двір примикає безпосередньо до головного штреку, по якому состави до двору надходять з двох сторін.

У приствольному дворі розташовуються службові камери: камера сполучення приствольного двору з клітьовим стволом; комплекс камер і виробок головного водовідливу і підземної електропідстанції; комплекс камер і виробок завантажувальних приладів; депо акумуляторних електровозів; камера очікування; склад ВМ; камера диспетчера та ін.

Камера сполучення приствольного двору з клітьовим стволом служить для прийому і підйому людей, вагонеток з матеріалами і устаткуванням, а також довговимірних матеріалів -- труб, рейок та ін.

Комплекс виробок головного водовідливу є важливим об'єктом шахтного підземного господарства. Він включає в себе: насосну камеру з хідниками, водозбірник з освітлюючими резервуарами, водозабірний колодязь, водотрубний хідник.

Насосна камера розташовується поблизу клітьового ствола і, як правило, завжди блокується з камерою центральної електропідстанції. Таке блокування приймається по тим міркуванням, що основними споживачами електроенергії в шахті є двигуни насосів і це забезпечує мінімальні лінійні втрати енергії.

Камера центральної електропідстанції служить для розміщення електроустаткування і апаратури для електропостачання підземних машин. Споруджується вона на продовженні насосної камери та відгороджується від неї протипожежними дверима. У камері є трансформаторне відділення, що ізолюється від іншої частини також протипожежними дверима. Кінець камери електропідстанції з'єднується з приствольним двором горизонтальним хідником, в якому встановлюються решітчасті та герметичні двері.

Комплекс камер і виробок скіпового ствола призначається для прийому вугілля та породи в вагонетках, їх розвантаження, акумулювання вантажів і завантаження скіпів. Він включає в себе: вантажні і порожнякові виробки, розвантажувальні ями (або камери перекидачів при застосуванні вагонеток з глухим кузовом), камери завантажувального устаткування та зумпфових насосів, хідник для чистки зумпфу.

Комплекс виробок депо акумуляторних електровозів являє собою зблоковані камери зарядної, перетворювальної підстанції та ремонтної майстерні. У зарядній камері здійснюється зарядка та зміна акумуляторних батарей. У камері перетворювальної підстанції розташовуються випрямлячі.В депо також розташовується підземна майстерня для огляду, змащування та поточного ремонту електровозів.

Камера електровозного депо звичайно розташовується паралельно транспортній виробці скіпового ствола і з'єднується з ній заїздами. При загальній кількості електровозів до трьох може бути один заїзд і один хідник; при кількості електровозів від трьох до десяти -- два заїзди і при більшій кількості повинно бути не менше трьох заїздів (два заїзди в зарядну камеру і один у ремонтну майстерню).

Склад вибухових матеріалів (ВМ) з'єднується з виробкою приствольного двору за допомогою двох хідників, один з яких є вентиляційним. Склад розташовується таким чином, щоб відстань від нього до стволів шахти, а також до вентиляційних дверей, руйнування яких може лишити нормального провітрювання всієї шахти, було б не менше за 100 м для складу камерного типу і 60 м для осередкового типу, а від складу до виробок, що служать для постійного проходу людей відповідно не менше за 25 і 20м.

Камера диспетчера розташовується на головній транспортній виробці приствольного двору з найбільш інтенсивним рухом електровозів. У камері встановлюються телефони і прилади для управління транспортом і іншими виробничими процесами в шахті.

7. Поверхня шахти

Поверхня шахти -- це комплекс будинків, споруд та обладнань, розташованих поблизу шахтних стволів, що утворюють промислову площадку шахти. Їх призначення -- видача вугілля з шахти на поверхню, його переробка і відправлення споживачу; прийом і складування породи; спуск і підйом людей, матеріалів і устаткування; подача у шахту повітря для провітрювання гірничих виробок; забезпечення гірничих робіт електро- або пневмоенергієй; виробничо-побутове обслуговування працівників; очистка шахтних вод, а також виконання інших виробничих процесів, що забезпечують безперебійну роботу гірничого підприємства.

До складу поверхневого комплексу входять: технологічні вузли і лінії по прийому, обробці і навантаженню вугілля, а також по прийому і навантаженню породи; стаціонарні установки (вентиляторні, компресорні, котельні та ін.); комплекс обміну і відкатки вагонеток у надшахтних будинках; служби ремонту устаткування; споруди складського господарства; будинки адміністративно-допоміжного призначення та ін.

В основу типового проекту поверхні шахт покладено принцип технологічного блокування будинків і споруд з використанням типових секцій різного технологічного призначення, що дозволяють практично для будь-яких умов прив'язки, порівняно легко скомпонувати проект шахтної поверхні.

Майже всі будинки основного і допоміжного призначення зведені у три великих блока: головного ствола, допоміжного ствола і адміністративно-побутового комбінату.

Блок головного (скіпового) ствола включає: копер скіпового підйому; споруди і приміщення технологічного комплексу для приймання з шахти вугілля, що видається, переробки його, транспортування до місця навантаження і відправлення споживачам; споруди для приймання породи, що видається з шахти; приміщення підйомних установок та котельну.

Блок допоміжного ствола включає: копер клітьового підйому для спуску і підйому людей, матеріалів та устаткування; комплекс з обміну вагонеток; приміщення ремонтних майстерень; матеріальні склади; калориферну та компресорну, якщо на шахті використовується енергія стислого повітря; склади протипожежних і змащувальних матеріалів та ін.

Блок адміністративно-побутового комбінату (АБК) являє собою комплекс приміщень допоміжного призначення і складається з трьох основних частин: адміністративно-конторської частини з диспетчерською і АТС; виробничої частини з нарядною, залом зборів і навчальним пунктом; банної частини, яка вміщує душову, гардеробну, лампову, питну станцію, пральню. Блок АБК з'єднується з блоком допоміжного ствола переходом (галереєю або тунелем).

Деякі будинки і споруди допоміжного призначення із-за своєї специфіки і особливих вимог до них не можуть бути зблоковані. Це, передусім, будинок вентиляторної установи, що споруджується біля скіпового ствола і з'єднується з ним спеціальним підземним каналом. На окремих площадках розташовуються відкрита електропідстанція, резервуари для води, градирня оборотного водопостачання, естакади та ін.

У комплекс споруд скіпового ствола входять дві технологічні вітки: вугільна та породна.

Схема вугільної вітки визначається в основному маркою та якістю вугілля, що видобувається (здатний до коксування, антрацит, енергетичний), зольністю і місцем його збагачування. Збагачування може виконуватися:

- на індивідуальних збагачувальних фабриках, розташованих безпосередньо на поверхні шахти; на групових фабриках, що збагачують вугілля групи шахт і розташовуються звичайно на промплощадці однієї з них; на центральних збагачувальних фабриках, що споруджуються окремо від шахт.

До функцій комплексу допоміжного ствола входить виконання процесів і операцій щодо спуску в шахту і видачі з неї різноманітного устаткування і матеріалів, кріпильного лісу і металу, рейок, труб та ін.

Для прийому і обміну вагонеток, що видаються з шахти, спуску і видачі устаткування, спуску-підйому людей в надшахтному будинку у допоміжного ствола споруджуються приймальні площадки.

Компоновочні рішення поверхні гірничого підприємства визначаються його генеральним планом. На рис. 1 показаний генеральний план поверхні шахти.

Рисунок 1 - Генеральний план поверхні шахти

1 - адміністративно-побутовий комбінат; 2 - блок головного і допоміжного стволів; 3, 4 - стволи допоміжний і головний; 5 - збагачувальна фабрика; 6 - вугленавантажувальний пункт; 7 - аварійний вугільний склад; 8 - котельна; 9 - породонавантажувальний пункт; 10 - резервуар води; 11 - вентиляційний канал; 12 - будинок вентиляторів; 13 - електропідстанція;
14 - склад кріпильних матеріалів; 15 - козловий кран

Розробка генерального плану являє собою складну технічну задачу, бо при цьому необхідно враховувати безліч чинників і вимог, що подаються до планування і забудівлі промислової площадки шахти і до розміщення інженерних мереж. Визначальним чинником при компоновці шахтної поверхні є технологічний комплекс, тобто схема руху і обробки вугілля на поверхні. У свою чергу, розташування вузлів технологічного комплексу більш всього зумовлюється взаємним розташуванням стволів та підходом залізничної колії.

При розробці генерального плану виробничі будинки і споруди групуються у відповідні зони по принципу єдності виробничого процесу з урахуванням санітарних і протипожежних вимог, вигляду обслуговуючого транспорту і однорідності інженерного обслуговування. З точки зору функціональності на території промплощадки виділяють такі зони: соціальна, виробнича, підсобна та складська.

Соціальну зону утворюють допоміжні будинки і споруди загальношахтного призначення -- АПК, столова, медпункт, пожежне депо, стоянка транспорту та ін., що розташовуються з боку основних проходів і в'їздів на промислову площадку.

Виробнича зона включає об'єкти основного технологічного комплексу.

Підсобну зону складають будинки і споруди, обслуговуючі основне виробництво, -- група споруд енергетичного призначення (ТЭЦ, котельні, калориферні, вентиляторні, компресорні, електропідстанції та ін.), по можливості ближче до основних споживачів та джерел палива і води; ремонтно-механічні майстерні; блоки споруд водопроводу і каналізації (насосні станції, резервуари, відстійники, градирні) та ін.

Зона складського і транспортного господарства шахти включає вугільні склади, матеріальні склади (наприклад, кріпильних матеріалів), бункера, пункти навантаження вугілля і породи та ін. Ця зона розташовується вздовж під'їзних транспортних шляхів -- залізничних та автомобільних внутрішніх доріг.

Орієнтування будинків відносно сторін світу та напрямку пануючих вітрів повинна забезпечувати найкраще освітлення і провітрювання з урахуванням неприпустимості можливого задимлення від сусідніх споруд. Не можна розміщувати з навітряної сторони будинку установки з виробничими процесами, що виділяють в атмосферу газ, дим, пил, а також вибухо- та пожежонебезпечних об'єктів.

Склади вугілля, породонавантажувальні пункти та інші об'єкти з інтенсивним пилоутворенням повинні розташуватися на відстані не менше за 100 м від воздухозаборних споруд шахти з підвітряної сторони. Склади лісних матеріалів містяться на відстані не менше за 80 м від повітроподавальних стволів.

8. Шахтний транспорт

Завдання та структура транспорту

На підземний транспорт покладають такі завдання:

1) доставки корисної копалини від очисних вибоїв до головного ствола, а для похилих стволів - до поверхні;

2) доставку корисної копалини і породи від підготовчих вибоїв або місць ремонтних робіт, до ствола;

3) доставку матеріалів та обладнання від ствола чи з поверхні до очисних і підготовчих вибоїв та у зворотному напрямку;

4) доставку людей позмінно від ствола до робочих місць і в зворотному напрямку.

Увесь підземний транспорт ділять на дві групи: основний - для доставки корисної копалини, та допоміжний - для доставки людей і всіх інших вантажів. Сукупність засобів основного і допоміжного транспорту разом із мережею транспортних виробок визначають технологічну схему транспорту. Залежно від місця розташування транспортних засобів весь підземний транспорт поділяють на дві групи: дільничний та магістральний. Дільничний транспорт являє собою сукупність транспортних засобів у межах виймальної дільниці та панелі.

Магістральний транспорт - це сукупність транспортних засобів і пристроїв, розташованих у капітальних похилих виробках, приствольних дворах.

Локомотивний транспорт

Застосовується для перевезення як основних, так і допоміжних вантажів, тому і знайшов найбільш широке застосування на шахтах. Основні переваги цього виду транспорту перед конвеєрним - універсальність, низькі капітальні й експлуатаційні витрати. Недоліками локомотивного транспорту є низька надійність роботи, висока трудомісткість, більш низький рівень безпеки, обмеження кутом нахилу виробок до 0,005, а при застосуванні спеціальних заходів - до 0,05 (50 ‰).

Як тяговий орган при локомотивному транспорті найчастіше використовують електровози, рідше - дизелевози, а як посудини застосовують вагонетки з глухим кузовом типу УВГ, які розвантажують на кругових перекидах або вагонетки типу УВД з розвантаженням через дно над спеціальними ямами-бункерами в приствольних дворах. Місткість вагонеток від 1 до 10 м3.

В свою чергу електровози поділяють на контактні та акумуляторні. Електровози першого типу (НКР) використовують постійний струм і під час руху між струмоприймачем і дротом, а також між колесами і рейками утворюються іскри. Тому застосування їх дозволяється правилами безпеки (ПБ) на шахтах негазових і безпечних за пилом, а також на шахтах із невисоким газовиділенням на виробках, по яких поступає свіже, незагазоване повітря. Ці електровози відносять до групи з рудниковим нормальним виконанням (РН). Акумуляторні електровози і електровози на змінному струмі підвищеної частоти з безконтактним зніманням струму з лінії живлення (високочастотні електровози) відносять до групи рудникових підвищеної надійності (РП), їх застосовують на шахтах небезпечних за метаном та пилом (типу АРП-8, 2АМ8Д- 900); їх маса становить від 5 до 24 т.

Для шахт, небезпечних за метаном, на вентиляційних штреках ПБ дозволяють використовувати електровози в рудниковому вибухобезпечному виконанні (АРВ-4,5), а для шахт, небезпечних за раптовими викидами газу і вугілля - гіровози та повітровози.

Ширина колії приймається для сучасних шахт найчастіше 900 мм; колії шириною 600 мм застосовуються переважно на вентиляційних горизонтах, здебільшого старих шахт або у виробках, де розташовані конвеєрні лінії.

Конвеєрний транспорт

Це найбільш прогресивний вид транспорту, який надає можливість досягти великої продуктивності і надійності роботи, а висока ступінь автоматизації забезпечує низьку трудомісткість. Цей вид транспорту успішно застосовують для доставки корисної копалини і перш за все по похилих виробках. Недоліками конвеєрного транспорту є необхідність обладнання паралельної системи допоміжного транспорту, високі капітальні витрати, низька технологічна гнучкість.

Залежно від призначення конвеєри поділяють на вантажні і вантажо-людські; за місцем установлення розрізняють вибійні, штрекові, бремсбергові і похилові конвеєри; за тривалістю роботи конвеєри бувають стаціонарними, напівстаціонарними і пересувними.

За матеріалом тягового і несучого органу конвеєри поділяють на скребкові, стрічкові і пластинчасті.

Скребкові конвеєри складаються з металевого жолоба, зібраного з окремих секцій - риштаків, тягових ланцюгів з пластинами - скребками та приводу. Застосовують ці конвеєри для переміщення корисної копалини в очисних вибоях, просіках, печах, а також на виймальних штреках як перенавантажувачі на стрічковий конвеєр. Характерною рисою скребкових перенавантажувачів є здатність їх до оперативної зміни довжини.

Сучасний вибійний конвеєр виготовляється гнучким і може пересуватись окремими ділянками після проходу комбайна. Конвеєр має міцну конструкцію, здатну витримувати динамічні навантаження від розташованого на ньому комбайна, а в складі комплексу виконує роль опорної балки, до якої підтягуються секції кріплення. Продуктивність таких конвеєрів досить висока: від 260 (конвеєр СП-бЗ) до 600 т/годину і більше (СП 87-ПМ), а призначаються вони для очисних вибоїв з кутом нахилу в діапазоні від 0 до 25…35 градусів.

Продуктивність срічкових конвеєрів залежить від ширини й швидкості переміщення стрічки. Для дільничних виробок використовують конвеєри з шириною стрічки 80 і 100 см (1Л80, 1Л100). Для збільшення тягового зусилля, для збільшення довжини транспортування застосовують стрічку з вмонтованим тросом (1Л100, 2 ЛТ80). Продуктивність таких конвеєрів від 200 до 450 т/годину. Довжина конвеєрів на конвеєрних хідниках при погоризонтній підготовці і стовпових системах розробки перевищує 1000 м і може досягати 3000 м при транспортуванні у напрямку падіння пласта. Однак при наявності викривлень виробок, в першу чергу ярусних штреків, довжина конвеєрних ліній значно менша і в середньому становить 300 м. У стрічкових конвеєрів, на відміну від скребкових, гірська маса не пересувається по ложу конвеєра, а переміщується разом з верхнім вантажним полотном стрічки по роликах, тому і енергетичні витрати на переміщення вантажу на одиницю довжини в декілька разів нижчі, ніж у скребкових.

Для транспортування корисної копалини по капітальних і панельних похилих виробках застосовують конвеєри із шириною стрічки 100 і 120 см продуктивністю від 420 до 1200 т/годину (типу 1ЛУ 100, 2ЛУ 120, 2ЛБ 120 та інші). Для похилих стволів з кутами нахилу до 16…18 градусів і високій потужності шахт застосовують конвеєри із шириною стрічки 160 см і продуктивністю 2300 т/годину.

Оскільки застосування конвеєрних ліній вимагає прямолінійності виробок і значних матеріальних витрат, то при реконструкції шахт застосування конвеєрної доставки раціонально тільки при наявності значних вантажопотоків і спокійній гіпсометрії пласта. Вибір типу конвеєра для заданої схеми визначається його продуктивністю, яка залежить від кута установлення, напрямку та умов транспортування, властивостей вантажу.

Пластинчасті конвеєри. Основна перевага їх перед стрічковими - це можливість застосування для криволінійних виробок. Але суттєві недоліки цих конвеєрів (металомісткість та енергоємність, складність конструкції, невисока надійність) не дають можливості широко використовувати їх.

9. Вентиляція

Основним завданням шахтної вентиляції є забезпечення нормального складу й стану рудничної атмосфери.

Рудничне повітря - це суміш газів і пар, що заповнює гірські виробки. Фактори, що обумовлюють сталість сполуки атмосфери на земній поверхні, у гірських виробленнях відсутні. Тому атмосферне повітря, що надходить у гірські виробки, змінює свій хімічний склад. Зменшується абсолютна кількість кисню в повітрі. Повітря забруднюється газами, що утворяться при виробничих процесах, наприклад при вибухових роботах; продуктами розкладання органічних і неорганічних речовин; газами, що виділяються з корисної копалини й бокових порід.

Виходячи із цього, можна вважати, що рудничне повітря складається із

трьох складових частин: 1) атмосферного повітря; 2) мертвого повітря - суміші азоту й вуглекислого газу, що міститься в рудничному повітрі в надлишковому в порівнянні з атмосферним повітрям кількості, і 3) активних газів, які до складу атмосферного повітря не входять, а надходять у рудничну атмосферу в шахті (метан й ін.). Інтенсивність утворення мертвого повітря і його сполук для різних шахт різні. Зміст мертвого повітря в атмосфері нормально провітрюваних гірських виробок коливається від частки відсотка до 4%, а в ізольованих, непровітрюваних виробках - до 80-90% і більше.

Звичайний склад мертвого повітря наступний: 5-15% СО2та 95-85% N2, але він може бути й іншим, наприклад при виділенні з порід СО2 і N2. Однак для кожної певної шахти індекс величина постійна і її зміну можна вважати за показник порушення нормального газообміну в шахті.

Різні також для кожної шахти склад та інтенсивність надходження в рудничну атмосферу активних газів.

Рудничне повітря, що надходить до робочих місць у шахті (вхідний струмінь), поки він ще не забруднений різними домішками й мало відрізняється від складу атмосферного повітря, називають свіжим.

Рудничне повітря, що видаляє з робочих місць (вихідний струмінь) і яки звичайно більш забруднений в порівнянні з атмосферним повітрям, називають зіпсованим.

Та як хімічний склад рудничного повітря досить важливий з погляду забезпечення нормальних санітарно-гігієнічних і безпечних умов праці гірників, Правила безпеки встановлюють певні норми вмісту в рудничному повітрі різних газів і норми подачі атмосферного повітря в шахту.

Кількість повітря для всієї шахти визначають декількома способами і приймають найбільше значення.

Перший метод.

Визначення кількості повітря для всієї шахти:

м3/хв.,

де: q - норма повітря на одну тону добового видобування, для зверх категорійних шахт q=1,5

Ад - добова продуктивність шахтного поля, Ад = 6000 т/добу;

z - коефіцієнт запасу повітря, що враховує витоки повітря через вироблений простір, підземні, поверхневі споруди і пристрої а також нерівномірність газовиділення в шахті, z = 1,45ч1,5.

м3/хв..

Другий метод.

Підрахунок кількості повітря окремо для кожного пласта:

Кількість повітря для всієї шахти визначається:

м3/хв.,

де: Q1…Q4 - кількість повітря, яке необхідне для провітрювання гірничих виробок по окремим пластам і визначаються за формулою:

,

де: qi - відносна метанообільність виробок по i-тому пласту, м3/т;

n - допустимий вміст метану (n = 0,75)

Аi - добове видобування з i-го пласта, т/добу:

,

де: mi - потужність і-го пласта, м.

, т , т

, т , т

,м3/хв. , м3/хв.

, м3/хв. , м3/хв.

k - коефіцієнт, що враховує гірничо-технічні умови шахти:

,

де: k1 - коефіцієнт, що враховує витоки повітря за межами виїмкових ділянок

в залежності від порядку відпрацювання шахтного поля: порядок відпрацювання прямий, по пласту, k1 = 0,35;

k2 - коефіцієнт, що враховує провітрювання виробок, які необхідно підтримувати в належному стані, k2 - 0,15;

k3 - коефіцієнт, що враховує витоки і розподіл повітря в залежності від кількості горизонтів, які розробляються одночасно: при розробці одночасно двох горизонтів k3 = 0,1;

k4 - коефіцієнт, що враховує обособлене провітрювання виробки: k4 = 0,1 = const.;

k5 - коефіцієнт, що враховує кількість ділянок які провітрюють: k5 = 0,15;

k6 - коефіцієнт, що враховує схему вентиляції шахти: при центральній схемі k6 = 0,2.

;

м3/хв.

При порівнянні отриманих даних, та згідно Правил безпеки, приймаємо більше значення кількості повітря, необхідного для провітрювання шахти Q= 18335 м3/хв.

Література

1. Технологія підземної розробки пластових родовищ корисних копалин: Підручник для вузів. Частина I / Д.В.Дорохов , В.І.Сивохін, О.С.Подтикалов. Під загальною редакцією проф. Дорохова Д.В.. -- Донецьк: ДонНТУ, 2004. -- 227 с.: іл.

2. Технологія підземної розробки пластових родовищ корисних копалин: Підручник для ВНЗ. Частина II / Д.В.Дорохов , В.І.Сивохін, О.С.Подтикалов. Під заг. ред. Д.В.Дорохова . - Донецьк: ДонНТУ, 2004. - 265 с.: іл.

3. Мілевич В.М., Бакка М.т. Практикум з технології родовищ корисних копалин підземним способом.

Навчальний посібник. - Житомир: ЖДТУ, 2004. - 243 с.

4. Машины и оборудование для шахт и рудников: Справочник С.Х. Клорикян, В.В. Старичнев, М.А Сребный М. : Издательство государственного горного университета, 2002. - 471 с.