книги / Процессы очистных работ

УДК 622.23(075.8) ББК 33.2я73

А61

Рецензенты:

д-р техн. наук, проф. С.С. Андрейко (Горный институт УрО РАН, г. Пермь); канд. техн. наук Е.В. Челпанова (Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

Аман, И.П.

А61 Процессы очистных работ: учеб. пособие / И.П. Аман. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 172 с.

ISBN 978-5-398-00773-2

Рассмотрены процессы, выполняемые в длинных очистных выработках при разработке пластовых месторождений полезных ископаемых. По каждому процессу очистных работ приводятся его подробные описания в различных горно-геологических условиях, характеристика применяемого оборудования, анализируется практический опыт. Приводятся зависимости, позволяющие рассчитать время выполнения процесса и трудозатраты. Предлагаются методики расчета технико-эконо- мических показателей очистных работ. Рассматриваются процессы очистных работ на Верхнекамском месторождении калийных руд, что важнодляподготовкигорныхинженеровдляПермскогокрая.

Составлено в соответствии с действующим Государственным общеобразовательным стандартом по направлению 130404 и предназначено для студентов горных специальностей.

УДК 622.23(075.8) ББК 33.2я73

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Процессы очистных работ» является одной из основных в подготовке горных инженеров направления 130400. Особую значимость этой дисциплине придает тот факт, что выпускники специальности, как правило, начинают свою инженерную деятельность вдолжности горного (сменного) мастера на добычных участках шахт. Успешное выполнение обязанностей горного мастера, грамотная организация работ в очистном забое, умение принимать правильные решения в сложных условиях очистного забоя, обеспечение безопасности подчиненных рабочих очистного забоя требуют досконального изучения процессов, имеющих место в очистном забое. В соответствии с этим целью изучения дисциплины является подготовка к курсовому и дипломному проектированию и дальнейшей практической инженерной деятельности. Задачи дисциплины – формирование знаний по процессам, выполняемым в очистных забоях при разработке пластовых месторождений, формирование навыков и умений использовать полученные знания при выборе технологических решений впроцессепроектирования иинженерной деятельности.

Необходимость издания данного курса лекций вызвана явно недостаточным количеством учебной литературы. В то же время имеющаяся литература не касается процессов очистных работ при разработке Верхнекамского месторождения калийных солей, что очень важно для Пермского края.

Курс «Процессы очистных работ» базируется на всех ранее изученных специальных дисциплинах, но особенно тесно связан он с дисциплинами «Геология», «Проведение горных выработок», «Горные машины и комплексы», «Рудничный транспорт».

3

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОЧИСТНЫХ РАБОТАХ

Горные выработки, в которых осуществляется добыча полезных ископаемых в промышленных масштабах, называются очистными выработками. Нередко их еще называют очистными забоями. Работы, выполняемые в очистных горных выработках, называются очистными работами.

Очистные горные выработки делятся на длинные и короткие. Это разделение определяется длиной части пласта, на которой осуществляется разрушение полезного ископаемого и его отрыв от пласта. Сегодня считается, что если разрушение полезного ископаемого и его отрыв от пласта в очистной выработке осуществляется на длине, не превышающей 30 м, то очистная выработка относится к коротким, а при большей длине – к длинным. Надо сказать, что указанное разделение по длине 30 м достаточно условно. Длинные очистные горные выработки называют лавами, а короткие очистные выработки в зависимости от применяемой системы разработки могут называться камерами, заходками, короткими полосами, столбами и др.

Нормативные документы сегодня ориентируют на применение длинных очистных выработок (лав), и только там, где по какимлибо причинам применение длинных очистных выработок невозможно, допускается применение коротких очистных забоев.

Исходя из этого изучение технологии очистных работ начнем с длинных очистных выработок.

стной выработки должно быть не менее двух независимых выходов, поэтому длинную очистную выработку (лаву) ограничивают как минимум две подготовительные выработки, из которых одна является откаточной, другая – вентиляционной. На рис. 1.1 отработка пласта осуществляется по простиранию, поэтому лава ограничена двумя штреками, из которых штрек под номером 1 является откаточным штреком, а под номером 2 – вентиляционным штреком. При отработке пласта по падению или восстанию соответственно изменятся и названия подготовительных выработок, ограничивающих лаву.

Под номером 3 на рис. 1.1 показан забой лавы – та поверхность, из которой непосредственно извлекается полезное ископаемое. По мере отработки пласта забой лавы перемещается по пласту, о чем свидетельствует стрелочка на рисунке. Показанный на рис. 1.1 забой лавы перемещается по простиранию пласта. Именно длина забоя лавы L является той величиной, которая определяет лаву как длинную очистную выработку.

Непосредственно к забою лавы примыкает призабойное пространство 4. Длина призабойного пространства равна длине забоя лавы, а ширина обычно составляет 4–8 м, но иногда может достигать 20–25 м. В призабойном пространстве находятся добычные механизмы, которые осуществляют разрушение полезного ископаемого, отрыв его от пласта и погрузку отбитого на транспортные средства. В призабойном пространстве находятся транспортные средства, обеспечивающие доставку отбитого полезного ископаемого на откаточные подготовительные выработки. Наконец, в призабойном пространстве работают люди – горнорабочие очистного забоя (ГРОЗы). Необходимо обеспечить безопасность работ в призабойном пространстве, что достигается креплением призабойного пространства.

Очень большое внимание уделяется также местам, где призабойное пространство лавы соединяется с подготовительными выработками (штреками 1 и 2). Эти места называются сопряжениями (на рис. 1.1 6 – сопряжение призабойного пространства с вентиля-

5

ционным штреком, 7 – сопряжение с откаточным штреком). На сопряжениях находятся головки конвейеров, столы управления струговых установок, через сопряжения проходит в лаву свежая струя воздуха и удаляется отработанная, через сопряжения в лаву приходят ГРОЗы и уходят после окончания работ. Именно поэтому безопасным условиямэксплуатации сопряженийуделяется особое внимание.

За призабойным пространством расположено выработанное пространство 5, т.е. то пространство, в котором пласт полезного ископаемого уже отработан. При управлении кровлей полным обрушением выработанное пространство заполнено обрушенными породами кровли пласта, а при управлении кровлей полной закладкой выработанное пространство заполнено закладочным материалом.

При разработке пластовых месторождений полезных ископаемых в очистных горных выработках в общем случае выполняются следующие процессы:

−выемка полезного ископаемого, включающая разрушение полезного ископаемого, его отрыв от пласта и погрузку на транспортные средства (при наличии последних в очистной выработке);

−зачистка (оформление) лавы;

−транспортирование добытого полезного ископаемого по очистной выработке и перегрузка его на транспортные средства

воткаточных подготовительных выработках;

−крепление призабойного пространства очистной горной выработки;

−управление кровлей в очистной горной выработке;

−крепление сопряжений очистной горной выработки с подготовительными откаточными и вентиляционными выработками;

−проведение ниш и магазинного уступа;

−проветривание очистной горной выработки.

Совокупность процессов, выполняемых в очистных горных выработках в определенной последовательности, называется технологической схемой очистных работ.

6

В длинных очистных выработках применяются следующие технологические схемы:

−с комплексной механизацией очистных работ;

−с механизированной выемкой и индивидуальной стоечной крепью;

−с буровзрывной выемкой;

−с выемкой отбойными молотками;

−с гидравлической выемкой.

Технологические схемы с комплексной механизацией очистных работ предусматривают использование специальных очистных механизированных комплексов, в состав которых входят добычной механизм (очистной комбайн или струг), скребковый конвейер (только на пологом или наклонном падении пласта), механизированная гидрофицированная крепь, одна или две маслостанции, питающие крепь [1], [2]. В состав некоторых механизированных комплексов входит также механизированная крепь сопряжений.

Технологические схемы с механизированной выемкой предусматривают применение добычных машин (очистного комбайна или струга) в сочетании со стоечной крепью призабойного пространства.

Технологические схемы с буровзрывной выемкой предусматривают использование энергии взрыва для разрушения и дробления полезного ископаемого в забое. Эта технологическая схема, так же как и технологическая схема с выемкой отбойными молотками, предполагает крепление призабойного пространства стоечной крепью.

Выбор технологической схемы для условий конкретной лавы определяется рядом факторов. В числе этих факторов следует назвать угол падения пласта и его мощность, свойства пород непосредственной и основной кровель пласта, прочностные характеристики пласта и его сопротивляемость резанью, применяемую систему разработки.

Нормативные документы ориентируют сегодня на применение технологических схем с комплексной механизацией очистных работ. Если же применение технологических схем с комплексной ме-

7

ханизацией очистных работ в условиях конкретной лавы невозможно, то рекомендуется применять механизированную выемку со стоечной крепью. Если же и применение этой технологической схемы по каким-либо причинам невозможно, то следует рассматривать возможность применения технологических схем с буровзрывной или молотковой выемкой.

Если выбор технологии очистных работ в условиях конкретной лавы неоднозначен, то окончательное решение должно приниматься на основе сравнения технико-экономических показателей вариантов технологии. Такими показателями являются себестоимость добычи полезного ископаемого в лаве и производительность труда рабочего очистного забоя или трудоемкость очистных работ в лаве. При этом безусловно должна обеспечиваться безопасность работ в очистном забое.

8

2. ВЫЕМКА ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО В ЛАВЕ

Как уже говорилось выше, выемка полезного ископаемого в длинных очистных забоях предполагает отрыв полезного ископаемого от пласта, его разрушение и погрузку на транспортные средства, находящиеся в призабойном пространстве лавы.

В настоящее время в длинных очистных забоях при разработке пластовых месторождений применяютследующиеспособы выемки:

−механизированный способ, предусматривающий использование для выемки специальных очистных комбайнов или стругов;

−буровзрывной способ, при котором выемка осуществляется

сиспользованием энергии взрыва;

−молотковый способ, при котором выемка осуществляется

сиспользованием отбойных молотков.

Наибольшее применение при разработке пластовых месторождений сегодня имеет механизированный способ. При этом возможны две схемы обработки забоя лавы, представленные на рис. 2.1. На рис. 2.1, а показана фронтальная схема

В основном в лавах применяется фланговая схема обработки забоя (рис. 2.1, б), при которой добычная машина перемещается вдоль забоя лавы в направлении от одной подготовительной выработки кдругой. Приэтомотрабатывается полосанекоторойширины.

9

2.1. Комбайновая выемка в лавах

Механизированная комбайновая выемка в длинных очистных забоях – это сегодня наиболее широко распространенный способ выемки. Конструкции очистных комбайнов в данной работе подробно не рассматриваются, так как они изучаются в дисциплине «Горные машины и комплексы». Очистные комбайны работают в лавах по фланговой схеме, т.е., перемещаясь вдоль забоя лавы, комбайн отрабатывает полосу, ширина которой определяется конструкцией комбайна и называется шириной захвата комбайна.

По ширине захвата очистные комбайны для лав делятся на две группы: узкозахватные и широкозахватные. Комбайн считается узкозахватным, если ширина захвата комбайна не превышает 1 м, при большей ширине захвата комбайн считается широкозахватным. В настоящее время наибольшее распространение получили узкозахватные комбайны. Этообъясняется следующимиосновными факторами:

−узкозахватные комбайны имеют более простую конструкцию по сравнению с широкозахватными;

−меньшая энергоемкость разрушения пласта и, соответственно, большая производительность комбайна, так как исполнительные органы комбайна располагаются в краевой части пласта, уже нарушенной горным давлением;

−узкая полоса, отрабатываемая комбайном, уменьшает площадь обнажения кровли, что повышает безопасность работ;

−сравнительно небольшая ширина захвата комбайна позволила разработать конструкции неразборных передвижных лавных скребковых конвейеров, что значительно сократило время перестановки конвейера и, соответственно, увеличило производительность выемки полезного ископаемого.

Выбор очистного узкозахватного комбайна для конкретной лавы осуществляется сравнением горно-геологических условий лавы с техническими характеристиками выпускаемых комбайнов. Основными факторами, которые влияют на выбор комбайна, являются применяемая система разработки (направление перемещения

10