Е.А. Бобер Подземная разработка пластовых месторождений. Методические указания по лабораторным занятиям для студентов, обучающихся по направлению 550600 (часть 2)

30

Эта классификация широко применялась для выбора соответствующего способа управления кровлей при применении индивидуальной деревянной крепи.

Из приведенной классификации следует, что наличие того или иного класса пород в непосредственной кровле предопределяет характер проявлений горного давления. При наличии в непосредственной кровле пород первого класса, когда при ее обрушении происходит самоподбучивание основной кровли, нагрузки на крепь формируются только под действием веса пачки пород непосредственной кровли. Когда же основная кровля не подбучивается, что имеет место при породах второго класса, нагрузка на крепь формируется весом слоев пород непосредственной и основной кровли. В этом случае крепь не всегда может противостоять возникающим нагрузкам.

На крутых пластах кроме обрушения кровли происходит сползание пород почвы. Для таких условий была разработана классификация ДонУГИ, в которой породы кровли разделены на шесть классов.

Существует также классификация пород кровли по устойчивости, под которой понимают свойство горных пород образовывать устойчивые обнажения без крепи при ведении горных работ. По устойчивости породы кровли делят на пять классов:

-весьма неустойчивая - без крепи не дает устойчивых обнажений, обрушается вслед за подвиганием забоя;

-неустойчивая – устойчивость сохраняется в течение 2-3 ч в призабойной полосе шириной 1,0 м;

-средней устойчивости – в призабойной полосе шириной до 2,0 м устойчивость сохраняется до 1 суток;

-устойчивая – устойчивость сохраняется в призабойной полосе шириной до 2,0 м, сохраняется до 2 суток;

-весьма устойчивая – обладает длительной устойчивостью в призабойной полосе шириной 5,0 – 6,0 м.

Классификации пород кровли по обрушаемости и устойчивости были разработаны применительно к индивидуальным крепям. Однако оценка пород по этим критериям позволяет прогнозировать особенности технологии и управления кровлей в конкретных горногеологических условиях.

Одной из важнейших характеристик кровли является нагрузочная характеристика. По нагрузочной характеристике кровли подразделяют

31

на легкие и тяжелые. Последние оказывают существенное влияние на эффективность работы механизированных комплексов.

Основными признаками тяжелой кровли являются:

определенное соотношение между мощностью легкообрушающихся пород непосредственной кровли hнл и вынимаемой мощностью пла-

ста mв;

наличие основной кровли, состоящей из различных пород с пределом прочности на одноосное сжатие более 50 МПа и имеющей монолитный слой мощностью более двух мощностей пласта;

шаг первой осадки основной кровли α о≥ 30 м, шаг периодических

осадок lo≥ 15 м.

Принято считать, что шахтопласты, у которых hнл ≤ mв+3, относятся к группе тяжелых кровель, если hнл ≥ mв+3 , то такая кровля шахтопластов относится к группе легких кровель.

Управление кровлей полным обрушением. Этот способ управле-

ния кровлей является самым распространенным. Его более широкому распространению способствовали внедрение металлической крепи и последующий переход на комплексно - механизированную выемку.

Сущность управления кровлей полным обрушением заключается в периодическом обрушении нависающей вследствие выемки угля консоли пород по всей длине очистного забоя в выработанном пространстве. Расстояние, через которое осуществляется обрушение пород кровли,

называют шагом посадки.

Величина шага посадки зависит от типа призабойной крепи, ширины вынимаемой ленты угля, шага передвижки крепи, свойств пород кровли и других факторов.

Шаг посадки кровли в очистных забоях с индивидуальной крепью принимают кратным ширине захвата исполнительного органа комбайна или ширине вынимаемой ленты при буровзрывной выемке.

В очистных забоях, где осуществляют буровзрывную выемку угля с индивидуальной деревянной крепью, шаг посадки принимают равным ширине нескольких лент. Он может достигать 5-6 м и более. В лавах, оборудованных узкозахватными комбайнами и металлической крепью, шаг обрушения обычно равен длине металлического верхняка. При механизированных крепях он равен шагу передвижки крепи.

Шаг посадки, обусловленный технологией очистных работ, может совпадать или не совпадать с естественным шагом обрушения пород кровли. Если естественный шаг обрушения кровли превышает техно-

32

логический шаг посадки, то происходит зависание пород в выработанном пространстве. Это вызывает повышенное давление на крепь. Такая ситуация возникает при наличии в кровле прочных пород.

Чтобы осуществить посадку кровли, необходимо по линии обрушения установить специальную посадочную крепь, которая отделяет призабойное пространство от выработанного, и каким - либо образом удалить на участке обрушения призабойную крепь. Технология работ по управлению кровлей полным обрушением зависит от типа крепи в очистном забое. В лавах с механизированной крепью процесс крепления и управления кровлей является единым. Здесь роль человека сводится к передвижке крепи гидродомкратом . Кровля при этом стихийно обрушается вслед за передвижкой крепи. Этот процесс в лавах с индивидуальной крепью характерен наличием ручных работ по установке, перемещению и удалению крепи.

На пластах с углами падения до 15° посадка кровли может производиться как снизу вверх, так и сверху вниз. При углах падения более 15° посадку кровли производят только в направлении снизу вверх. Это вызвано необходимостью обеспечения безопасных условий ведения работ.

Обрушение пород непосредственной кровли сопровождается увеличением их объема. Следовательно, при определенном соотношении мощности пласта и толщины обрушающихся слоев непосредственной кровли будет происходить самоподбучивание основной кровли. В этом случае устраняется пригрузка со стороны основной кровли и крепь в лаве работает в благоприятных условиях. Если иметь в виду, что коэффициент разрыхления пород кровли после уплотнения составляет 1,12–1,15, то самоподбучивание будет происходить при hн = m/(Кр – 1) =(6 – 8)m , где hн – мощность обрушающейся непосредственной кровли, м; m – мощность пласта, м; Кр- коэффициент разрыхления пород кровли после уплотнения. Если самоподбучивание основной кровли не происходит, что возможно при мощности обрушающейся непосредственной кровли менее 6-,8- кратной мощности пласта, то крепь будет испытывать повышенные нагрузки.

Эффективность управления кровлей полным обрушением зависит от склонности пород к обрушению. При наличии в кровле прочных пород значительной мощности, обычно являющихся труднообрушаемыми или трудноуправляемыми, осуществляют их разупрочнение посредством передового торпедирования или гидрообработки.

33

Передовое торпедирование заключается в предварительном ослаблении пород кровли взрыванием зарядов в скважинах, пробуренных впереди очистного забоя из примыкающих к нему подготовительных выработок. В зависимости от длины очистного забоя заложение скважин может быть одностороннее и двустороннее. Диаметр скважин обычно составляет 100 мм.

Величина заряда ВВ и параметры заложения скважин зависят от мощности и прочности слоев труднообрушаемой кровли, длины лавы и некоторых других факторов.

Ослабление породного массива может быть осуществлено также гидрообработкой, сущность которой заключается в нагнетании в него жидкости под давлением. Вследствие воздействия воды происходит размокание пород, ослабление контактов по напластованию и естественным трещинам.

Разупрочнение массива тем или иным способом обусловливает лучшую обрушаемость пород кровли при выемке угля. Уменьшается вероятность зависания консолей. Улучшаются условия взаимодействия крепей с боковыми породами. Разупрочнение труднообрушающихся пород создает благоприятные условия для работы механизированных крепей. При труднообрушающихся породах их применение затруднено, они деформируются и приходят в неработоспособное состояние.

Весьма эффективным при наличии труднообрушающихся пород является предварительная надработка или подработка пластов.

В отличие от комплексно - механизированных забоев, где обрушение кровли происходит стихийно вслед за передвижкой секций крепи, посадка кровли в лавах с индивидуальной крепью отличается трудоемкостью и повышенной опасностью.

Порядок выполнения работы

После ознакомления с теоретическими основами управления кровлей в длинных очистных забоях студенты изучают паспорта крепления и управления кровлей в различных горно-геологических условиях.

34

Контрольные вопросы

1.Что понимают под управлением горным давлением (управлением кровлей)?

2.Назовите способы управления горным давлением.

3.Назовите способы управления кровлей при разработке пластовых месторождений.

4.Назовите классификации пород кровли по склонности к обрушению, обрушаемости, устойчивости и нагрузочной характеристике.

5.Охарактеризуйте сущность управления кровлей полным обрушением.

6.Что понимают под шагом посадки и шагом обрушения? 7.Назовите условия самоподбучивания пород основной кровли. 8.Как осуществляют управление тяжелыми кровлями?

Лабораторная работа № 4

Определение нагрузки на очистной забой при комплексно - механизированной выемке

Цель работы: изучение методики расчета нагрузки на очистной забой, оборудованный механизированным комплексом, с учетом влияющих факторов.

Теоретические положения определения нагрузки на очистной забой

Нагрузка на очистной забой является главнейшим фактором, оказывающим влияние на технико-экономические показатели работы. Она рассчитывается в зависимости от принятой технологии и механизации работ в забое.

При комплексно - механизированной выемке нагрузку на забой определяют по технической возможности комбайна и газовому фактору.

Среднесуточную нагрузку на очистной забой, оборудованный узкозахватным комбайном с механизированной крепью, можно определить по формуле

где Qк- нагрузка на очистной забой по техническим возможностям комбайна, m/сут; Т – продолжительность рабочей смены, мин; n – число добычных смен в сутки; Км - коэффициент машинного времени (табл.4.1); Руст- устойчивая мощность электродвигателя, кВт; Нw- энергоемкость процесса разрушения угля (табл. 4.2), кВт ч/m.

Устойчивую мощность для двигателей с наружным обдувом типа ЭДКО можно принять Руст=0,7-0,9 Рч, с водяным охлаждением - Руст=0,9-1,1Рдл, где Рч и Рдл – соответственно часовая и длительная мощность электродвигателя, кВт.

Энергоемкость процесса разрушения угля комбайном можно определить по эмпирическим формулам (табл.4.2).

Нагрузку на очистной забой по газовому фактору можно определить по формуле

36

где Qг – допустимая нагрузка на очистной забой по газовому фактору, m/сут; S л- минимальная площадь поперечного сечения призабойного пространства, свободная для прохода воздуха в лаве, м2 (табл.4.3); vв – допустимая по ПБ скорость движения воздуха в лаве, м/с; d – допустимая по ПБ концентрация метана в исходящей струе лавы, %; Кв – коэффициент, учитывающий движение части воздуха по выработанному пространству за крепью ( при управлении кровель полным обрушением принимают равным 1,2..1,4); qпл – относительная метанообильность пласта, м3/т суточной добычи; δ – коэффициент, учитывающий предварительную дегазацию пласта (при отсутствии предварительной дегазации пласта б = 1); Ке – коэффициент, учитывающий естественную дегазацию пласта и других источников выделения метана при отсутствии добычных работ (для столбовых систем разработки при управлении кровель полным обрушением принимается равным 0,7).

Коэффициент, учитывающий предварительную дегазацию пласта δ = 1 - Сg , где Сg – коэффициент предварительной дегазации пласта.

Минимальная площадь сечения призабойного пространства зависит от типа применяемой крепи и мощности пласта. Может быть определена по формулам (табл.4.3).

Таблица 4.3 Минимальная площадь поперечного сечения призабойного

пространства

Примечание: m –вынимаемая мощность пласта, м.

Допустимая по ПБ скорость движения воздуха в очистном забое 4 м/с, при безлюдной выемке – 6 м/с. Допустимая по ПБ концентрация метана в исходящей струе очистного забоя равна 1,0 %.

На основании проведенных расчетов принимается решение о планировании добычи угля из очистного забоя. При Qк<Kг к дальнейшим

37

расчетам принимают нагрузку на очистной забой по производительности комбайна, при Qг<Qк – по газовому фактору.

Расчетную нагрузку на очистной забой необходимо скорректировать на выполнение целого количества циклов в сутки.

Добыча угля с одного цикла определяется по формуле

Qу = m l r γ с ,

где l – длина очистного забоя, м; r – ширина захвата комбайна, м; γ - плотность угля, m/м3; с – коэффициент извлечения угля в очистном забое, принимают равным 0,95…0,98.

Количество циклов в сутки составит nцр=Qp /Qц.

Окончательно принимают целое количество циклов nц, по которому строят планограмму работ.

Фактическая нагрузка на очистной забой составит

Qз = Qц nц .

Пример. Определить нагрузку на очистной забой в следующих условиях. Вынимаемая мощность пласта m = 2,0 м. Угол падения пласта α =15° . Длина лавы l=150 м. Выемка угля осуществляется комплексом 40КП70 с комбайном 2ГШ68Б. Ширина захвата r = 0,63 м. Продолжительность добычной схемы Т=360мм. Количество рабочих смен за сутки n=3. Сопротивляемость угля резанию А1=2,0 кН/см. Плотность угля γ =1,35 m/м3. Коэффициент извлечения угля в забое с=0,95. Относительная метаноообильность пласта qпл=11 м3/т. Предварительной дегазации нет.

По табл.4.2 Hw=0,5 кВт ч/м.

Поскольку комбайн 2ГШ68Б имеет два двигателя с водяным охлаждением, примем Руст=220 кВт.

По формуле (4.1) нагрузка на очистной забой по производительности комбайна составит

Qк=360 3 0,5 220/60 0,5=3960 т.

По табл.4.3 минимальное сечение Sл=3,15 м2.

По формуле (4.2) нагрузка на очистной забой по газовому фактору составит

38

Qг=864 3,15 4 1 1,3/1 11 0,7=1838 т.

Для дальнейших расчетов принимаем нагрузку по газовому факто-

ру.

Добыча с одного цикла составит

Qу=2,0 150 0,63 1,35 0,95=242 т.

Расчетное количество циклов в сутки

nцр =1838/242=7,6.

Принимаем 8 циклов в сутки, тогда нагрузка на очистной забой составит

Q3=242 8=1936 т/сут.

Порядок выполнения работы

После ознакомления с теоретическими основами определения нагрузки на очистной забой осуществляется выбор средств комплексно - механизированной выемки (тип выемочной машины и механизированной крепи) по заданным горно-геологическим условиям. По изложенной методике рассчитывается нагрузка на очистной забой.

Контрольные вопросы

1.По каким факторам определяют нагрузку на комплексномеханизированной очистной забой? Дайте им характеристику.

2.Какие параметры влияют на добычу угля из очистного забоя по техническим возможностям комбайна?

3.Какие параметры влияют на добычу угля из очистного забоя по газовому фактору?

4.Как определяют ожидаемую нагрузку на очистной забой?

39

Лабораторная работа № 5

Определение численности очистной бригады и комплексной нормы выработки

Цель работы: изучение методики расчета численности очистной бригады и комплексной нормы выработки.

Теоретические положения

Основной формой организации труда в очистных забоях являются комплексные бригады. Численный состав бригады рассчитывают исходя из объемов работ по процессам и операциям с учетом норм выработки на их выполнение. Объемы работ определяют на какой-либо временной промежуток: цикл, смену, сутки. Поскольку расчет нагрузки на очистной забой обычно рассчитывают на сутки, то объемы работ должны быть определены на этот промежуток времени.

Выполнение расчетов осуществляют следующим образом:

-устанавливают перечень всех процессов и операций, выполняемых в забое в течение суток при принятой технологической схеме очистных работ. Например, в забоях, оборудованных механизированными комплексами, следует учитывать выемку угля комплексом (сюда входят выемка угля комбайном, передвижка секций механизированной крепи, передвижка забойного конвейера и другие работы), передвижку перегружателя или укорачивание штрекового конвейера, передвижку крепи сопряжений и т.д.;

-определяют объемы работ по учтенным процессам и операциям;

-выявляют агрегатную (при комплексно-механизированной выемке) и попроцесные нормы выработки;

-делением объема работ по процессам и операциям на норму выработки определяют необходимое количество человеко-смен по норме;

-окончательно численный состав бригады на сутки принимают несколько меньше расчетного количества человеко-смен, чтобы коэффициент перевыполнения норм выработки был немногим более единицы

(до 1,1);

-делением расчетного количества человеко-смен на принятый численный состав определяют коэффициент перевыполнения норм выработки;