Шахтерский способ добычи угля

Общие представления о технологии добычи угля на шахте

Для того, чтобы добыть уголь и отгрузить его на склад, производятся следующие технологические процессы:

1. Вскрытие шахтного поля.
2. Подготовка шахтного поля к очистной выемке (проведение выработок).
3. Очистная выемка.
4. Транспортировка добытого угля на склад или потребителю.

1. 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.

• 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.

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.

Формы и размеры поперечного сечения выработок.

Факторы, влияющие на выбор формы и размера поперечного сечения горной выработки являются:
Физико – механические свойства горных пород, назначение и срок службы выработки, положение выработки в пространстве, размеры её поперечного сечения, величина и направление горного давления, количеством воздуха, пропускаемого по этой выработке, максимальными размерами оборудования или транспортных средств, располагающимися в этой выработке, допустимыми зазорами между наружными размерами транспортных средств и внутренней стенкой выработки и многое другое.
Поперечное сечение выработок должны соответствовать типовым их сечениям.
Минимальные площади поперечного сечения, зазоры, ширина проходов для людей, устанавливаются действующими правилами безопасности.
В зависимости от вышеуказанных факторов горные выработки имеют различные формы поперечного сечения:

После вскрытия и подготовки шахтного поля начинается очистная выемка.

Очистные работы – работы непосредственно по выемке полезного ископаемого, креплению забоя и управления кровлей.
Очистная выемка – процесс отбойки, погрузки на забойный конвейер и доставка угля до ближайшей транспортной выработки. Очистная выемка – главный процесс очистных работ.
Работы по очистной выемке могут производиться вручную, при помощи буровзрывных работ, комбайнами и механизированными комплексами, гидравлическим способом.
Очистной забой – место, где осуществляется добыча полезного ископаемого.
После извлечения полезного ископаемого в процессе очистных работ образуются пустоты – выработанное пространство, в результате чего производятся работы по креплению и управлению кровлей. Крепление забоя и управление кровлей должны обеспечивать нормальное выполнение работ по очистной выемке. Применяется множество способов крепления и управления кровлей. Т.е. добыча полезного ископаемого сводится к выполнению определенных технологических процессов.
Порядок и последовательность проведения очистных и подготовительных выработок и их взаимная увязка во времени и пространстве называется системой разработки данного месторождения. Правильно выбранная система разработки должна обеспечить безопасность, экономичность работ и минимальные потери полезного ископаемого.
При выборе системы разработки принимаются во внимание мощность и угол падения пласта, его строение, крепость, свойства боковых пород, водообильность, наличие вредных для здоровья и опасных газов — таких, как рудничный газ (метан), углекислота, оксид углерода и пр.
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; газаносность и обводненность; склонность угля к самовозгоранию; склонность к горным ударам, внезапным выбросам; глубина горных работ; средства механизации подготовительных и очистных работ и пр.
Разнообразие горно – геологических условий залегания угольных пластов предопределяет применение различных систем разработки и их параметров;

1. Системы разработки с выемкой пласта на полную мощность.
   • С длинными очистными забоями (длина забоя более 20м) – сплошные, столбовые, комбинированные.
   • С короткими очистными забоями (менее 20м) – столбовые, камерные.
2. С разделением пласта на слои – наклонные, горизонтальные, поперечно-наклонные.

Столбовые системы разработки.

В Росси наиболее распространенные 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.

В монтажной камере монтируют механизированный комплекс и начинают отработку столба обратным ходом. В это же время ведется подготовка следующей лавы в нижележащем ярусе.

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 5-6м.
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.

Щитовая система разработки является разновидностью столбовой системы, применяется на пластах большой мощности и крутопадающих пластах. Она представляет собой систему длинных столбов по простиранию с выемкой пласта на полную мощность полосами по падению под перекрытием специальной щитовой крепи.

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 и второй печами от выработанного пространства проводят специальную вентиляционную печь по восстанию пласта ан 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 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(50) в сторону пульпоприемных выработок и стволов. Подготовительные выработки проводятся при помощи механогидравлических комбайнов. Наиболее распространенная система разработки – короткими очистными забоями.

При гидравлической добыче угля производительность труда рабочих в 2-3 раза выше, а себестоимость угля в 1, — 3 раза ниже, чем при «сухой» традиционной технологии.

Недостатки: большие потери угля, большой объём подготовительных выработок, ухудшение санитарных условий труда вследствие подачи в шахту большого количества воды.

Технология очистной выемки.

Технология очистной выемки – совокупность производственных процессов, выполняемых а определенной последовательности в пространстве и времени направленных на получение готовой продукции (на добычу угля). Рабочие процессы: основные — разрушение, погрузка, транспортировка, крепление и управление кровлей; вспомогательные — вентиляция, водоотлив, передвижение транспортных средств, перенос коммуникаций, освещение и пр.
Для очистной выемки применяется три способа разрушения: механический, буровзрывной и гидравлический. Буровзрывное разрушение наибольшее распространение получило при добыче руд, крепость которых f>4. Гидравлическое разрушение при подземной добыче угля используется в небольшом объеме. Наибольшее распространение в настоящее время получила механизированная выемка угля – при помощи очистных комбайнов и струговых установок.

При выемке угля комбайном вдоль очистного забоя по раме конвейера движется очистной комбайн, рабочий орган (в виде шнека) которого отбивает полосу полезного ископаемого обычно шириной 0,63 или 0,8м (узкозахватная выемка) и грузит его на забойный конвейер.

При струговой выемке по раме забойного конвейера перемещается струг, который исполнительным органом скалывает слой угля 5-10см и погрузочным лемехом грузит его на конвейер.

При выемке полезного ископаемого образуются пустоты – выработанное пространство, которое постоянно увеличивается, соответственно увеличивается площадь горных пород, которые лишаются опоры и обрушаются. Для сохранения устойчивого состояния очистной выработки осуществляют комплекс мероприятий – управление кровлей.

Существует несколько способов управления кровлей:

1. полное обрушение;
2. плавное опускание;
3. удержание на кострах;
4. полная закладка.

Полное обрушение – наиболее распространенный способ управления кровлей.
Сущность способа – периодическое обрушение непосредственной кровли по мере подвигания очистного забоя.
Непосредственная кровля обрушаясь, заполняет выработанное пространство и подбучивает основную кровлю.
Тем самым предупреждается или ослабеваеются интенсивные обрушения основной кровли.

Плавное опускание применяют в породах, способных плавно опускаться без разрушения кровли. Мощность пласта до 1-1,2м, в Донбассе. Сущность способа: вслед за очистной выемкой устанавливают деревянную крепь. По мере удаления очистного забоя (увеличения выработанного пространства) деревянная крепь вдавливается в почву или ломается, а кровля на расстоянии 10-30м от забоя плавно опускается на почву.

Удержание на кострах применяется на тонких крутонаклонных и крутых пластах. По мере подвигания очистного забоя на стойках деревянной призабойной крепи выкладываются деревянные костры прямоугольной формы. Расстояние в ряду между кострами 4-6м, а между рядами -1,8-2,7м. Оставленные в выработанном пространстве костры постепенно сдавливаются и разрушаются, а кровля прогибается и обрушается на некотором расстоянии от призабойного пространства. Способ имеет ограниченное применение, трудоемкий, большой расход леса.

Полная закладка – все выработанное пространство за пределами призабойного закладывают породой. Способ дорогостоящий, трудоемкий, применяется при выемке угля под застроенными территориями, водоемами, железными дорогами, на мощных самовозгорающихся пластах. В качестве закладочного массива используется песок, гравий, отходы обогатительного производства и пр.

Для предотвращения обрушения пород кровли при очистной выемке, сохранения площади поперечного сечения призабойного пространства и управления горным давлением устанавливается крепь очистных выработок.
Крепь должна удовлетворять следующим требованиям: должна быть прочной и устойчивой, обладать податливостью, иметь минимальный вес, обеспечивать механизацию установки и передвижки; иметь необходимую площадь призабойного пространства для пропуска достаточного количества воздуха; не должна мешать выполнению других производственных процессов, должна быть недорогой, надежной и долговечной. Наибольшее распространение получили индивидуальные и передвижные крепи.

Индивидуальные – состоят из отдельных, не связанных между собой конструктивных элементов, устанавливаемых вручную вслед за подвиганием забоя. Индивидуальная крепь подразделяется на призабойную и специальную – посадочную. Призабойная служит для поддержания кровли в рабочем пространстве выработки, а специальная устанавливается на границе с погашаемым выработанным пространством и выполняет роль режущей опоры при управлении кровлей полным обрушением. К индивидуальным относится деревянные стойки, костры, металлические и гидравлические стойки, посадочные тумбы. В настоящее время наиболее распространены передвижные крепи – гидрофицированные крепи механизированных комплексов, которые бывают четырех типов:

Работа секции: секция механизированной крепи создает необходимое сопротивление породам кровли перекрытием 5 и шарнирным козырьком -6 гидравлическими стойками 2.
Давление на почву передается основанием 1.
При передвижке секции гидродомкраты 2 опускают перекрытие 5, гидродомкрат 9 «подтаскивает» секцию к лавному конвейеру, домкраты 2 (распирают) прижимают перекрытие к кровле.
Для передвижки лавного конвейера включаются на выдвижку гидродомкраты 9 и передвигают конвейер по всей его длине.

b>Расположение оборудования в очистном забое

При комплексно – механизированной выемке достигается высокий уровень механизации рабочих процессов в очистном забое: выемка угля комбайном, погрузка его на забойный конвейер и транспортирование его до штрекового перегружателя, передвижка секций крепи (крепление и управление кровлей), передвижка забойного конвейера, концевые операции.

Выемка угля производится следующим образом: комбайн, двигаясь по лаве, вынимает полосу угля шириной 0,63 или 0,8м. вслед за комбайном производится передвижка секций механизированной крепи, т.е. крепление обнаженной кровли.
После выемки угля по всей длине лавы, производится задвижка лавного конвейера, т.е. лавный конвейер перемещается вплотную к забою.
Далее производятся концевые операции – передвижка секций сопряжения, перегружателя и другие операции. Затем комбайн зарубается в пласт и операция повторяется: выемка, передвижка секций, передвижка конвейера, заключительные операции, зарубка комбайна на новую полосу, т.е. повторяется новый цикл.

Все работы в очистном забое производятся согласно паспорта выемочного участка, который состоит из двух частей: пояснительной записки и графической части.
В пояснительной записке дается характеристика вмещающих пород, краткое описание выбранного способа управления кровлей и конструкции механизированных крепей, пути передвижения людей, меры безопасности при выполнении основных и вспомогательных рабочих процессов, противопожарная защита и др.
Графическая часть состоит из разделов: выкопировка с плана горных работ с горно – геологическим прогнозом; проведение, крепление и ремонт подготовительных выработок; выемка угля, крепление и управление кровлей в очистном забое; мероприятия по охране труда и безопасности работ; энергоснабжение; транспорт угля, породы, материалов, перевозка людей.

В разделе выемка угля, крепление и управления кровей содержится: План очистной выработки и ее концевых участков в масштабе 1:100 или 1:50, расстановка оборудования и его тип и конструкция; схема выемки и передвижки крепи в лаве и на сопряжениях; допустимые размеры обнаженной кровли и зазоры, и др. А также таблица расхода крепежных материалов, график организации работ в лаве, график выходов рабочих, планограмма работ и др.

Паспорт составляет начальник участка и главный технолог шахты, согласовывается со всеми службами и утверждается главным инженером шахты.
Все рабочие и ИТР до начала работ знакомятся с паспортом под расписку и обязаны строго соблюдать его.
При изменении горно – геологических или производственных условий паспорт корректируется и переутверждается в течение суток с ознакомлением рабочих и ИТР под расписку.

Транспорт угля на склад

Транспорт добытого угля на поверхность шахты осуществляется по следующим схемам:

1. Лавный конвейер очистного забоя – скребковый перегружатель – ленточные конвейеры – поверхность шахты (склад, погрузка, обогатительная фабрика).
2. Лавный конвейер очистного забоя – скребковый перегружатель – ленточные конвейеры очистного участка – ленточные конвейеры общешахтные – бункер- камера дозатора – скиповой подъем – поверхность шахты.
3. Лавный конвейер очистного забоя – скребковый перегружатель – ленточные конвейеры очистного участка – погрузочный пункт – рельсовый транспорт общешахтный – разгрузочный бункер – камера дозатора – скиповой подъем – поверхность шахты.

Источник