Технология горного производства и обогащение полезных ископаемых

В сложных горно-геологических условиях, когда применение механизированных крепей неэффективно, необходимо применять комплексы оборудования с узкозахватными комбайнами или струговыми установками, безразборными передвижными скребковыми конвейерами, гидропередвижчиками и индивидуальной металлической крепью – забойными и посадочными стойками (преимущественно гидравлическими с внешним питанием) и шарнирными верхняками.

Выемку тонких пластов в сложных горно-геологических условиях следует предусматривать с помощью бурошнековых машин без крепления очистного забоя и присутствия людей, а на крутых пластах – комплексами КМД-72.

После выбора основного оборудования в лаве необходимо выбрать вспомогательное оборудование. При выемке пласта по простиранию с углами падения 90 и более и работе комбайна с рамы конвейера следует применять предохранительный канат с поддерживающей лебедкой ЛГКН.

При выемке угля узкозахватными комбайнами различают две принципиальные схемы: челноковую и односторонюю. Выбирая одну из них, необходимо руководствоваться следующими соображениями:

челноковая схема не рациональная при значительном отжиме угля, погрузка которого на конвейер при данной схеме недостаточно эффективна;

односторонняя схема не рекомендуется при залегании в непосредственной кровле неустойчивых пород, наличии ложной кровли, а также при добыче энергетических углей, для которых нежелательно переизмельчение в процессе погрузки.

В тех случаях, когда конструкция исполнительного органа применяемых выемочных машин обеспечивает самозарубку, использовать безнишевую технологию, предусматривающую самозарубку комбайнов: фронтальную или по способу “косой заезд”.

Фронтальную самозарубку применять при расположении исполнительных органов по обоим концам копруса и снабжении их исполнительных органов

торцевыми буровыми резцами. Для остальных узкозахватных комбайнов следует применять самозарубку в пласт “косыми заездами”. При этом челноковую схему выемки следует применять для комбайнов с двухсторонними исполнительными органами, а одностороннюю – при любом их расположении.

Для сокращения размеров ниш необходимо применять двухкомбайновую выемку. В таком случае комбайны должны быть повернуты исполнительным органом в сторону соответствующих концевых участков лав.

Применение различных схем самозарубки комбайнов сопровождать выносом приводов конвейеров на штреки. При этом ширина штреков должна составлять 4-5 м.

Для выемки ниш предусматривать нишенарезные комбайны. Ширину ниш принимать не менее двухкратной ширины захвата исполнительного органа комбайна.

Предусматривать крепление сопряжений лавы со штреком механизированными крепями (рис. 5.8)

Определение параметров очистного забоя

Длину лавы необходимо устанавливать исходя из условий полного использования имеющегося в лаве оборудования, нормального проветривания забоя, а при разработке запасов на больших глубинах следует также учитывать и температурный фактор.

Длину лав, оборудованных механизированными комплексами, определять по конструктивным параметрам из табл. 5.5 /8/.

Нагрузку на комплексно-механизированный забой, оборудо-ванный узкозахватным комбайном, определять по формуле 5.18, т/сут

n[T – (Tпз + Tп+Tо)] * Kн * Lр * r * m * g *C

А = ѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕ , (5.18)

Lм (1/nр + 1/nm + tБ ) + t

где n – число смен по добыче, в сутки

T – длительность смены, мин, (360 мин при шестичасовой смене);

Тпз – время на подготовительно-заключительные операции в смену, мин, (15-20 мин);

Тп – суммарное время учитываемых технологических перерывов организационно-технических простоев в смену, мин (10-15 мин);

То – время на отдых, мин, (15 мин в смену);

Кн – коэффициент надежности механизированного комплекса и средств транспорта на выемочном участке (формула 5.19);

L – длина лавы, м;

r – ширина захвата исполнительного органа выемочной машины, м;

m – вынимаемая мощность пласта, м;

g - средняя плотность угля, т/м3;

С – коэффициент извлечения угля в лаве (0,98);

Lм – длина машинной части лавы (без учета суммарной длины верхней и нижней ниш, равной примерно 10 м, при самозарубывающихся комбайнах ниши отсутствуют), м;

nр - рабочая скорость подачи комбайна, м/мин (табл. 5.6);

nм – маневровая скорость подачи комбайна при зачистке лавы, м/мин (при работе комбайна по челноковой схеме это слагаемое не учитывается – оно равно нулю (табл. 5.6);

tВ – время на вспомогательные операции, отнесенные к 1 м длины машинной части лавы, мин (0,1 мин);

t – продолжительность концевых операций для подготовки лавы к следующему циклу, мин (15-20 мин).

Коэффициент надежности механизированного комплекса по техническим отказам определять по формуле

Кн = ѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕѕ, (5.19)

1 + (1/Кк – 1) + (1/Ккр – 1) + (1/Ккл –1) + (1/Кп – 1) + nк(1/Клк –1)

где Кк – коэффициент готовности комбайна (0,94);

Ккр – коэффициент готовности механизированной крепи (0,93);

Ккл – коэффициент готовности конвейера лавы (0,94);

Кп – коэффициент готовности сопряжения с перегружателем (0,94);

nк – число конвейеров на транспортной выработке;

Клк – коэффициент готовности ленточного конвейера на транспортной выработке (0,97).

Рабочую скорость подачи комбайна принимать с учетом фактической сопротивляемости угля резанию по таблице 5.6.

С учетом наличия зоны отжима фактический показатель сопротивляемости угля резанию определять по формуле /8/, кН/м

где kотж – коэффициент отжима угля в призабойной зоне пласта

kотж = 0,48 + ѕѕѕѕ, (5.21)

где r – ширина захвата, м;

mв – вынимаемая мощность пласта, м.

Если коэффициент отжима при расчете получится больше единицы, то его принимать kотж = 1.

Таблица 5.6 – Значения рабочих и маневровых скоростей подачи для различных типов комбайнов

Рабочую скорость подачи комбайна необходимо скорректировать со скоростью передвижения механизированной крепи с учетом состояния пород кровли и почвы пласта, м/мин

nкр = nрасч * Кпл , (5.22)

где nкр – средняя скорость передвижения крепи, м/мин;

nрасч – расчетная скорость передвижения крепи, принимать по данным табл. 5.7, м/мин;

Кпл – коэффициент, учитывающий уменьшение скорости передвижения крепи в зависимости от состояния почвы и кровли пласта.

Таблица 5.7 – Техническая характеристика крепи

Скорость подачи комбайна и средняя скорость передвижения крепи, полученная по формуле (5.22), сопоставляется и принимается наименьшее значение для определения нагрузки на лаву.

Полученную величину нагрузки на очистной забой необходимо проверить по фактору проветривания /9/.

Максимально допустимую нагрузку на очистной забой по газовому (метановому) фактору необходимо определять по формуле (5.23), т/сут

Аmax = Аp * Ip-1,67[Qp( C – Co)/194]1,93, (5.23)

где Iр и Ар – абсолютная метанообильность (м3/мин) и нагрузка на лаву (т/сут) при которой была определена метанообильность (задана в исходных данных);

С – допустимая по ПБ концентрация метана в исходящей струе воздуха, С = 1,0%;

Со – концентрация метана в поступающей струе воздуха, Со=0,05%;

Qp – максимальный расход воздуха в лаве, м3/мин.

Qр = Qmax * kоз = 60 * Sоч.min * nmax * kоз , (5.24)

где Sоч.min – минимальная площадь поперечного сечения призабойного пространства лавы, м2, принимать по таблице 5.7;

kоз – коэффициент, учитывающий движение воздуха по части выработанного пространства, принимать kоз = 1,25;

nmax – максимально допустимая по ПБ скорость движения воздуха по лаве, nmax = 4,0 м/с.

Если Аmax получится меньше чем принятая нагрузка, то необходимо предусмотреть снижение абсолютной метанообильности лавы (Iр) с помощью искусственной дегазации, м3/мин

Iўр = Iр * kдег , (5.25)

где kдег – коэффициент искусственной дегазации, изменяется от 0,4 до 0,8.

Значение коэффициента дегазации необходимо принимать в зависимости от условий разработки пласта в соответствии с рекомендациями, изложенными в /10/.

По формуле (5.23) рассчитывать максимальную нагрузку по газовому фактору (Аmax) с учетом дегазации, для чего в формулу (5.23) вместо Iр подставить Iўр .

При этом должно соблюдаться условие А>Аmax .

Прогрессивность принятых решений оценивать сравнением полученных результатов с нормативной нагрузкой /Приложение 3/.

Установленную нормативную нагрузку (Ан) в данных условиях сравнивать с принятой (А).

При А > Ан окончательно принять Ан.

При А < Ан принять А.

Зная суточную добычу, определить месячную и годовую нагрузку, а также суточное, месячное и годовое подвигание лавы с учетом ее длины.

Нормативы нагрузки на очистной забой определены с учетом вынимаемой мощности пласта, устойчивости непосредственной кровли, прочности почвы, сопротивляемости угля резанию, длины очистного забоя, типа крепи очистного забоя и выемочной машины.

При разработке нормативов угли приняты хрупкие, режим работы – трехсменный, по шесть часов в смену, плотность угля в массиве 1,3 т/м3, залегание пластов – горизонтальное при отсутствии осложняющих ведение горных работ горно-геологических факторов (геологические нарушения, сложная гипсометрия и др.).

В конкретных условиях, если хотя бы один фактор отличается от принятых при составлении таблиц нормативов нагрузки на очистной забой, Ан, т/сут, определяется по формуле

Ан = (Ао +а * Dlоз) * ѕѕѕѕѕ * ѕѕ * К , (5.26)

где Ао – норматив нагрузки на очистной забой. При отличии вынимаемой мощности от значений, приведенных в таблицах, определяется по интерполяционной формуле

А0 = А1 + ѕѕѕѕ * (А2 – А1), (5.27)

где m1,m2 – соответственно ближайшее меньшее и большее табличные значения вынимаемой мощности пласта, м;

А1,А2 – табличные значения нормативных нагрузок, т/сут;

а - поправка к нормативу, нагрузки при изменении длины очистного забоя на 1 м; принимается в зависимости от средств механизации, угла падения пласта и состояния непосредственной кровли. Если длина очистного забоя больше указанной в таблицах, поправка принимается со знаком плюс, если меньше – со знаком минус. Если длина очистного забоя превышает предельное значение, указанное в таблицах для соответствующих условий, норматив нагрузки определяется исходя из предельных значений длины забоя;

Dlоз – разность рассчитываемой и указанной в табл.3.1-3.15 длины очистного забоя, м;

nсм – число смен по добыче в сутки;

Тсм – продолжительность смены, мин;

1080=360 * 3 – продолжительность работы очистного забоя, принятая при расчете табличных значений нормативов нагрузки, мин;

g - плотность горной массы в массиве без учета присекаемых боковых пород, т/м3;

К – коэффициент уменьшения норматива нагрузки на очистной забой угольных шахт со сложными горно-геологическими условиями; определяется как произведение коэффициентов уменьшения норматива нагрузки из-за действия отдельных осложняющих горно-геологических факторов, приведенных в Приложении 3, но не ниже 0,25, (Табл. 5.8);

1,3 – плотность горной массы в массиве, принятая при расчете табличных значений норматива нагрузки, т/м3.

Зная нагрузку на лаву, необходимо определить число циклов, выполняемых в сутки по формуле

nц = A/Qц , (5.28)

где Qц – добыча угля, получаемая при выемке одного цикла, т, определяется по формуле

Qц = L * m * g * n * r * C , (5.29)

где n – количество полос, вынимаемых за цикл;

С – коэффициент извлечения угля, (0,98).

На листе графической части изобразить положение крепи при минимальной (рис. 5.9) и максимальной (рис. 5.10) ширине призабойного пространства в масштабе 1:100, а также планограмму выполнения работ (рис. 5.11).

Таблица 5.8 – Коэффициенты уменьшения нормативов нагрузки

Выделение воды в лаве: до 5 м3/ч

Увеличение угла падения:

по простиранию, при 9°<a<35°

по падению, при 6°<a<15°

Основные технико-экономические показатели, полученные при выполнении курсового проекта, представлять в следующем виде:

Угол падения пластов, град.

Мощность разрабатываемого пласта,

Размеры шахтного поля: по простиранию, м

Запасы шахтного поля: балансовые, млн.т

Мощность шахты: годовая, млн.т

Срок службы шахты, лет

Нагрузка на лаву, т/сут

Тип механизированного комплекса.

Произвести сравнение основных проектных технико-экономических показателей работы лавы с фактическими. Дать обобщенный вывод о целесообразности и эффективности принятых технических, технологических и организационных решений, а также возможности их использования и области применения.

6 СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Задачник по подземной разработке угольных месторождений: Учеб. пособие для ВУЗов / К.Ф.Сапицкий, Д.В.Дорохов, М.П.Зборщик, В.Ф.Андрушко. – Донецк: ГГУ, 1999. – 193 с.

Нормы технологического проектирования угольных и сланцевых шахт. - М.: Минуглепром, 1986. – 103 с.

Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. – Киев, 1996. - 422 с.

Прогрессивные технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах / СССР Министерство угольной промышленности, Академия Наук СССР, институт горного дела им.А.А.Скочинского. – М.: ИГД им.А.А.Скочинского, 1979. – 331 с.

Машины и оборудование для угольных шахт / Под ред.: В.Н.Хорина. – М.: Недра, 1987. – 424 с.

Мухин Е.П. и др. Управление кровлей и крепление очистных забоев с индивидуальной крепью. – Киев: Техника, 1994. – С. 97-105.

Комплексная механизация и автоматизация очистных работ / Под ред.:

Б.Ф.Братченко. – М.: Недра, 1977. – 415 с.

Килячков А.П. Технология горного производства. – М.: Недра, 1992. – 405 с.

Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. – Киев, 1994. – 331 с.

Руководство по дегазации угольных шахт. – М.: Недра, 1975. – 189 с.

Приложение 1

Министерство образования и науки Украины

Донбасский горно-металлургический институт

Кафедра разработки пластовых месторождений

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине «Технология горного производства и обогащения полезных ископаемых»

Выполнил : студент группы

Проверил : доц. каф. РПМ

Приложение 3

Таблица 3.1 – Нормативы нагрузки на очистные забои, оборудованные комплексами «Донбасс» и комбайнами К101

Пологие и наклонные пласты

Длина очистного забоя 150 м

(L= 150 м), сопротивляемость пласта резанию до 2,5 кН/см

Почвы от средней до прочной

У* - устойчивые породы кровли `А = 2,5 кН/см = 250 кН/м

СУ* - средней устойчивости.

1. Если длина очистного забоя увеличивается до 180 м , то на каждый метр длины забоя после 150 м норматив нагрузки увеличивается на 2,5 т/сут при устойчивой кровле (L=150-180 м +а= =2,5 при У) и увеличивается на 2,0 т/сут при кровле средней устойчивости (L= 180-150 м +а = 2 при СУ).

2. Если длина очистного забоя уменьшается до 120 м , то норматив нагрузки уменьшается из расчета 2,0 т/сут при устойчивой кровле (L= 150-120 м – а = 2,0 при У) и 1,5 т/сут - при кровле средней устойчивости на каждый метр длины забоя от 150 до 120 м (L=150-120 м – а =1,5 при СУ).

3. При слабых породах почвы в расчет норматива нагрузки надо вводить поправочный коэффициент 0,8 (при слабых почвах К=0,8).

Таблица 3.2 – Нормативы нагрузки на очистные забои, оборудованные комплексами КМ103 с комбайнами К103

a до 350 , L= 180 м, А до 3,0 кН/см

Почва от средней до прочной

L=180-200 м + а = 4 при У и L = 180-200 м + а =3 при СУ.

При слабых почвах К = 0,7.

Таблица 3.3 – Нормативы нагрузки на очистные забои, оборудованные комплексами КД80 с комбайнами КА80

Условия, для которых определен норматив m, м А0, т/сут У СУ a до 350,L=150 м, А до 3,0 кН/см почва от средней до прочной 0,9 858 715 1,0 988 793 1,1 1131 897

L= 150-180 м +а = 3 при У и L =150-180 м +а = 2,5 при СУ.

L= 120-150 м - а = 2,5 при У и L = 150-180 м - а =2,0 при СУ.

При слабых почвах К=0,8

Таблица 3.4 – Нормативы нагрузки на очистные забои, оборудованные комплексами «Донбасс» с комбайнами МК67

Условия, для которых определен норматив m, м А0, т/сут У СУ a до 250,L=150 м, А до3,0 кН/см, почва от средней до прочной 0,9 600 500 1,0 700 550 1,1 820 620

L=150-180 м + а = 2,0 при У и L =150-180 м + а = 1,5 пи СУ.

L=120-150 м – а = 1,5 при У и L = 120-150 м – а = 1,0 при СУ.

При слабых почвах К=0,8.

Таблица 3.5 – Нормативы нагрузки на очистные забои, оборудованные комплексами 1КМ97Д (КМК97М) с комбайнами 1К101

a до 200,L=150 м,А до 2,5 кН/см,

почва от средней до прочной

L=150-180 м + а = 2,5 при У и L =150-180 м + а = 2,0 при СУ.

L= 120-150 м – а = 2,0 при У и L= 120-150 м – а = 1,5 при СУ.

При слабых почвах К=0,7.

Таблица 3.6 – Нормативы нагрузки на очистные забои, оборудованные комплексами 1КМ97Д (КМК97М) с комбайнами МК67

a до 200,L=150 м,А до 3,0 кН/см,

почва от средней до прочной

L=150-180 м + а = 2,0 при У и L =150-180 м + а = 1,5 при СУ.

L= 120-150 м – а = 1,5 при У и L= 120-150 м – а = 1,0 при СУ.

При слабых почвах К=0,7.

Таблица 3.7 – Нормативы нагрузки на очистные забои, оборудованные комплексами КМ87 (КМ88) с комбайнами К101

a до 200,L=170 м,А до 2,5 кН/см,

почва от средней до прочной

L=170-200 м + а = 3,5 при У и L =170-200 м + а = 2,5 при СУ.

L= 140-170 м – а = 2,5 при У и L= 140-170 м – а = 1,5 при СУ.

При слабых почвах К=0,8.

Таблица 3.8 – Нормативы нагрузки на очистные забои, оборудованные комплексами КМ87 (КМ88) с комбайнами ГШ68

a до 200,L=170 м,А до 3,5 кН/см,

почва от средней до прочной

L=170-200 м + а = 4,0 при У и L =170-200 м + а = 3,0 при СУ.

L= 140-170 м – а = 3,0 при У и L= 140-170 м – а = 2,5 при СУ.

При слабых почвах К=0,8.

Таблица 3.9 – Нормативы нагрузки на очистные забои, оборудованные комплексами КМ87 с комбайнами 2К52

a до 200, L = 170 м,

почва от средней до прочной

L=170-200 м + а = 4,0 при У и L =170-200 м + а = 3,0 при СУ.

L= 140-170 м – а = 3,0 при У и L= 140-170 м – а = 2,0 при СУ.

При слабых почвах К=0,8.

Таблица 3.10 – Нормативы нагрузки на очистные забои, оборудованные комплексами КМ87П с комбайнами 2К52

a до 150, L = 150 м,

почва от средней до прочной

L=150-180 м + а = 4,0 при У и L =150-180 м + а = 3,0 при СУ.

L= 120-150 м – а = 3,0 при У и L= 120-150 м – а = 2,0 при СУ.

При слабых почвах К=0,8.

Таблица 3.11 – Нормативы нагрузки на очистные забои, оборудованные комплексами КМ87П с комбайнами ГШ68

a до 150,L=150 м,А до 3,5 кН/см,

почва от средней до прочной

L=150-180 м + а = 4,0 при У и L =150-180 м + а = 3,0 при СУ.

L= 120-150 м – а = 3,0 при У и L= 120-150 м – а = 2,5 при СУ.

При слабых почвах К=0,8

Таблица 3.12 – Нормативы нагрузки на очистные забои, оборудованные комплексами 1МКМ с комбайнами КШ1КГ

a до 150,L=100 м,А до 2,0 кН/см,

почва от средней до прочной

L=100-130 м + а = 2,5 при У и L =100-130 м + а = 2,0 при СУ; L =100-130 м + а = 1,5 при НУ.

L= 60-100 м – а = 2,0 при У и L= 60-100 м – а = 1,5 при СУ; L =60-100 м - а = 1,0 при НУ

При слабых почвах К=0,9

Таблица 3.13 – Нормативы нагрузки на очистные забои, оборудованные комплексами 1МКМ с комбайнами ГШ68

a до 150,L=100 м,А до 3,0 кН/см,

почва от средней до прочной

L=100-130 м + а = 3,0 при У и L =100-130 м + а = 2,5 при СУ; L =100-130 м + а = 2,0 при НУ.