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

Министерство образования Российской Федерации

Кузбасский государственный технический университет

Кафедра разработки месторождений полезных ископаемых подземным способом

Подземная разработка пластовых месторождений

Методические указания по лабораторным занятиям для студентов, обучающихся по направлению 550600 “Горное дело”

(часть 2)

Составитель Е.А. Бобер Утверждены на заседании кафедры Протокол № 3 от 12.10.99

Рекомендованы к печати методической комиссией направления 550600 Протокол № 71 от 09.11.99 Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса КузГТУ

Кемерово 2000

1

Общие замечания

Вторая часть методических указаний по лабораторным занятиям предусматривает более глубокое усвоение основных теоретических положений по технологии очистных работ (разд. 2.1.6 рабочей программы). По своему содержанию они подразделяются на расчетную и кон- структорско-технологическую части.

Врасчетной части студент должен освоить методику определения нагрузки на очистной забой, численности (штата) бригады и продолжительности выемочного цикла, научиться технически грамотно оформлять работы, показать умение осознанно принимать решения о параметрах, входящих в расчетные обоснования.

Конструкторско-технологическая часть лабораторных занятий предусматривает изучение технологических схем и средств механизации очистных работ, крепи очистных выработок, способов управления горным давлением и подготовку студентов к выполнению курсового проекта по системам разработки и технологии очистных работ.

Впроцессе лабораторных занятий должны использоваться различные технические средства обучения: слайды, модели технологических схем очистных работ, горно-графическая документация.

Перечень основных тем лабораторных занятий:

-технологические схемы и средства механизированной выемки уг-

ля;

-крепь очистных выработок;

-управление кровлей в длинных очистных забоях пологих и наклонных пластов;

-определение нагрузки на очистной забой при комплексномеханизированной выемке;

-определение численности очистной бригады и комплексной нормы выработки;

-построение графика организации работ в очистном забое;

-определение себестоимости добычи угля по очистному забою.

2

метановыделение из очистного забоя, м3/т суточной добычи; А- сопротивление угля резанию, кН/см; Н- неустойчивая; СУ-средней устойчивости; У-устойчивая; Т-тяжелая; ЛО-легкообрушаемая; ТО-труднообрушаемая

3

Общие требования:

-каждый студент получает индивидуальное задание (табл.1). Все расчетные работы должны быть выполнены в отдельной тетради;

-студент, отсутствовавший на занятиях, представляет реферат по теме пропущенной работы;

-допуск к экзамену осуществляется по итогам выполненных работ. Примечание: изложенный порядок выполнения работ может быть

изменен преподавателем.

Лабораторная работа № 1

Технологические схемы и средства механизированной выемки угля

Цель работы: изучение технологических схем и средств механизации выемки угля

Теоретические положения

Очистная выемка (очистные работы) - третий, завершающий этап разработки месторождения полезного ископаемого.

Под очистными работами понимают собственно выемку полезного ископаемого, крепление забоя и управление кровлей. Очистная выемка - это совокупность процессов отбойки, погрузки на забойный конвейер и доставки угля до ближайшей транспортной выработки (конвейерного штрека, бремсберга, уклона и др.). Названные процессы очистных работ характерны для пологих и наклонных пластов, где широко применяют комплексную механизацию. В других условиях могут отсутствовать такие процессы, как крепление и управление кровлей, погрузка и механизированная доставка угля в забое.

Очистная выемка является главным процессом очистных работ. Крепление забоя и управление кровлей призваны обеспечить нормальное выполнение работ по очистной выемке.

Очистной забой - забой, в котором осуществляют массовую добычу полезного ископаемого. По технологическому принципу очистные забои подразделяют на длинные и короткие. Принято забой более 20 м считать длинным, менее - коротким. Технологии выемки угля в длин-

4

ных и коротких забоях существенно различны. Для них созданы принципиально различные средства механизации, транспорта и крепления. Подготавливающие выработки, примыкающие к длинному очистному забою, называют выемочными. При выемке по простиранию ими являются конвейерный и вентиляционный штреки.

Вдлинных очистных забоях, называемых лавами, применяют две схемы выемки: фланговую и фронтальную. При фланговой схеме (рис.1.1,а) отделение угля от массива осуществляется выемочной машиной, перемещающейся вдоль забоя перпендикулярно к направлению его подвигания. В зависимости от ширины захвата выемочной машины различают широкозахватную, узкозахватную и струговую выемку угля. При широкозахватной выемке ширина захвата более 1 м, узкозахватной - 0,5 - 1,0 м, струговой - 0,03 - 0,15м. Широкозахватная выемка

внастоящее время не применяется. Основными выемочными машинами в длинных очистных забоях на современном этапе развития технологии угледобычи являются узкозахватные комбайны. В отечественной практике струговая выемка распространения не получила.

При фронтальной выемке (рис.1.1,б) отделение угля от массива осуществляют выемочным агрегатом одновременно по всей длине очистного забоя. Такая технология позволяет осуществлять добычу угля без постоянного присутствия людей в очистном забое. Испытаны отдельные опытные образцы.

Вотечественной практике выемка угля короткими очистными забоями более или менее широкого применения не имеет. Выемку угля короткими очистными забоями применяют, в частности, при гидродобыче (рис.1.1,в).

На шахтах России основную добычу дают длинные очистные забои. Они могут быть различно ориентированы относительно элементов залегания пласта - по падению или простиранию, а перемещаться по простиранию, падению или восстанию. Иногда имеет место иная ориентация забоев относительно простирания и падения, например диагонально. Преимущественно на шахтах забои располагают по падению пласта. Иное расположение очистных забоев обусловливается влияющими факторами.

Отделение угля от массива и его дробление осуществляют комбайнами, стругами, агрегатами, гидромониторами, механогидравлическими машинами и буровзрывными работами. Наиболее распространена в длинных очистных забоях выемка угля комбайнами.

5

Рис.1.1. Технологические схемы очистных работ:

а - фланговая (1 - выемочная машина; 2 - забойный конвейер; 3 - штрековый перегружатель; 4 - ширина захвата выемочной машины); б -фронтальная (3 - перегружатель; 4 - выемочная машина); в - в коротком очистном забое (1 - гидромонитор; 2 - высоконапорный трубопровод)

Все технологические схемы выемки угля можно разделить на три группы: частично-механизированные, механизированные и комплекс- но-механизированные (рис.1.2). Под частично - механизированной понимают такую выемку, при которой в той или иной степени механизирован только процесс отделения угля от массива с частичной навалкой угля на забойный конвейер или без таковой (например на крутых пластах).

К механизированной выемке относят схемы, при которых механизированы процессы отбойки и погрузки угля в забое с возведением индивидуальной призабойной и посадочной крепей.

При комплексно-механизированной выемке все основные рабочие процессы (отбойка, погрузка и транспортирование угля, крепление и управление кровлей) механизированы.

Каждая из названных технологических схем выемки угля имеет отличительные особенности на пластах с различными углами падения и мощностью.

6

Основным средством механизированной выемки угля на пологих и наклонных пластах являются очистные комбайны. Очистной угольный комбайн - машина, одновременно выполняющая в забое операции по отделению угля от массива, дроблению его до кусков транспортабельного размера и навалке на забойный конвейер. Угольный комбайн как выемочная машина состоит из электродвигателя, механизма подачи, исполнительного органа, погрузочного устройства, систем управления и пылеподавления.

Рис.1.2. Классификация технологических схем выемки угля

Действие исполнительных органов большинства комбайнов основано на принципе механического разрушения угля. Наиболее эффективными являются такие исполнительные органы, при работе которых в угле возникают растягивающие напряжения без образования объемного напряженного состояния.

Исполнительные органы комбайнов должны удовлетворять ряду требований, основными из которых являются: высокая производитель-

7

ность; малая удельная энергоемкость процесса разрушения; высокий КПД; простота конструкции; высокая стойкость инструмента; высокая надежность работы; возможность автоматизации режимов работы; выполнение функций отбойки и погрузки угля; обеспечение высокой сортности добываемого угля; способность самозарубаться в пласт.

Наибольшее распространение получили барабанные и шнековые исполнительные органы, которыми оснащены узкозахватные комбайны.

Барабанный исполнительный орган литой или сварной конструкции осуществляет разрушение угля путем скола с открытой поверхности забоя стружки толщиной 20 - 30 мм. Основными достоинствами барабанных исполнительных органов являются: простота конструкции; высокий КПД; возможность применения на углях любой крепости и вязкости. Недостатки: значительное измельчение угля и большое пылеобразование, невозможность самозарубки в пласт.

Большинство современных узкозахватных комбайнов оснащены шнековыми исполнительными органами. Основное их достоинство заключается в том, что шнеками осуществляют погрузку угля на конвейер. Принцип разрушения угля шнеками таков же, как и барабанами, но

снекоторым снижением присущих им недостатков. Обычно узкозахватные комбайны, оснащены двумя шнеками. Они располагаются либо

содной, либо с обеих сторон корпуса комбайна (рис.1.3). Положение шнеков легко регулируется по высоте гидродомкратами, что позволяет осуществлять выемку угля при различной мощности пласта. Конструкция комбайнов допускает возможность фронтальной зарубки шнеков в пласт и механизированную выемку угля на концевых участках лавы без ниш. При этом приводная и концевая головки забойного конвейера должны быть вынесены в прилегающие к очистному забою выработки.

Вотличие от широкозахватных узкозахватные комбайны перемещаются по раме забойного конвейера, располагаемого у забоя. Перемещение комбайна вдоль забоя осуществляется с помощью приводной звезды и калиброванной цепи, растянутой вдоль забоя и закрепленной по концам на головках забойного конвейера. Наличие цепной передачи обеспечивает перемещение комбайна по всей длине лавы без остановки. Наиболее совершенными являются комбайны с бесцепной подачей, при которой комбайн перемещается с помощью зубчатого колеса по цевочной рейке, закрепленной на раме конвейера.

8

В настоящее время промышленностью выпускаются различные типы узкозахватных комбайнов, предназначенные для работы в разнообразных горно-геологических условиях (табл.1.1). Некоторые из них могут быть применены как с механизированными, так и с индивидуальными крепями при углах падения до 35° .

Рис.1.3. Узкозахватный комбайн со шнековым исполнительным органом:

1 – шнеки; 2 – конвейер; 3- пульт управления; 4 – механизм подачи; 5 – электродвигатель; 6 – погрузочный щиток

Таблица 1.1 Краткая техническая характеристика очистных комбайнов

9

Наряду с указанными комбайнами для механизации выемки угля на тонких крутых пластах, где применялись отбойные молотки, были созданы специальные комбайны. Узкозахватные комбайны для крутых пластов успешно работали при породах кровли не ниже средней устойчивости, так как по условиям эксплуатации крепь возводят или передвигают после выемки ленты шириной 0,9 – 1,0 м на всю длину лавы. Наибольшая эффективность работ комбайнов достигается в комплекте с механизированными крепями, исключающими трудоемкие работы по креплению и управлению кровлей.

Важной эксплуатационной характеристикой комбайна является его производительность. Под производительностью комбайна понимают количество угля, добываемого в единицу времени. Различают теоретическую, техническую и эксплуатационную производительность очистного комбайна.

Теоретическую производительность Qт( т/мин), т.е. количество угля, добываемого комбайном за единицу времени при непрерывной его работе по выемке, определяют по формуле

Qт = m r ν ρ γ ,

где m – средняя вынимаемая мощность пласта в лаве, м; r – ширина захвата исполнительного органа, м; ν р – рабочая скорость подачи комбайна, м/мин; γ - плотность угля, т/м3 .

Допустимую скорость подачи комбайна можно определить из выражения

ν р=Nу /60Нω m r γ ,

где Nу – устойчивая мощность электродвигателя комбайна, кВт; Нω - удельные энергозатраты на выемку угля, кВт ч/т.

Техническая производительностьQтех (т/ч), т.е. производительность с учетом затрат времени на вспомогательные операции и устранение отказов в работе комбайна за период полного цикла выемки угля, составляет

Qтех= 60 Qт Кт,

где Кт – коэффициент возможной технической непрерывной работы комбайна в конкретных условиях.