книги / Процессы очистных работ

ном пространстве ниже работающего комбайна, что исключает передвижку секций механизированной крепи во время работы комбайна. Поэтому на крутом и крутонаклонном падении применяют следующую организацию работ по выемке полезного ископаемого комбайном и креплению призабойного пространства механизированной крепью. Комбайн отрабатывает полосу длиной, определяемой устойчивостью пород непосредственной кровли, после чего комбайн останавливается и начинается передвижка секций механизированной крепи по последовательной схеме. Работа комбайна по выемке полезного ископаемого возобновляется только после передвижки всех секций на длине, отработанной комбайном.

При струговой выемке полезного ископаемого в лаве передвижка секций механизированной крепи во время работы струговой установки невозможна. При линейном расположении секций (рис. 5.3, а) крепление призабойного пространства (передвижка секций) возможно только после того, как струговой установкой по всей длине лавы будет отработана полоса шириной, равной подвиганию лавы за цикл. Шаг передвижки секций в этом случае принимается равным подвиганию лавы за цикл, и передвижка крепи производится в каждом цикле.

При шахматном расположении секций (рис. 5.3, б) крепление призабойного пространства механизированной крепью осуществляется за цикл в два приема. Первая передвижка становится возможной, когда струговая установка по всей длине лавы отработает половину ширины подвигания лавы за цикл. Передвигаются секции механизированной крепи, которые в исходном положении были отстающими. Шаг передвижки секций равен подвиганию забоя лавы за цикл. В результате секции крепи, бывшие отстающими, становятся опережающими. Вторая передвижка становится возможной, когда струговая установка по всей длине лавы отработает вторую половину ширины подвигания лавы за цикл. При второй передвижке передвигаются секции, которые в результате первой передвижки стали отстающими. Шаг передвижки также равен подвиганию забоя лавы за цикл. В результате второй передвижки восстанавливается исходное расположение секций.

81

При струговой выемке, как при линейном, так и при шахматном расположении секций, в зависимости от угла наклона лавы применяют две схемы крепления призабойного пространства. При угле наклона лавы менее 15° призабойное пространство, подлежащее креплению механизированной крепью, делится на участки длиной 30–40 м. (Напомним, во втором разделе говорилось, что во время работы струговой установки лава делится на участки длиной 15–20 м и на каждом таком участке один рабочий очистного забоя обслуживает работу струговой установки. Для крепления призабойного пространства механизированной крепью два таких участка объединяются, образуя общий участок длиной 30–40 м, который крепят два рабочих очистного забоя.) Крепление механизированной крепью осуществляется одновременно на всех участках. Таким образом, время крепления лавы определяется временем крепления одного участка. На каждом участке крепление производится в направлении снизу вверх.

При угле наклона лавы 15° и более крепление призабойного пространства механизированной крепью производится без разделения на участки в направлении снизу вверх.

5.1.1. Расчет скорости и времени крепления лавы механизированной крепью

Скорость крепления лавы (передвижки секций вдоль забоя лавы) механизированной крепью рассчитывается по выражению

vкр = vкkсхkугkсв,

где vк – скорость передвижки секций крепи в направлении вдоль забоя по технической характеристике крепи [2], м/мин;

kсх – коэффициент, учитывающий схему передвижки секций механизированной крепи. При передвижке секций по последовательной схеме, как при комбайновой, так и при струговой выемке, kсх = 1, а при передвижке секций через одну при комбайновой и при струговой выемке с шахматным расположением секций kсх = 2;

kуг – коэффициент, учитывающий угол падения пласта;

82

kсв – коэффициент, учитывающий свойства пласта и вмещающих пород.

Коэффициент, учитывающийуголпадения пласта:

– при перемещении забоя лавы по простиранию

kуг = 1 при α ≤ 9°;

kуг = 1 – 0,013(α – 9) при α > 9°;

–перемещении забоя лавы по падению kуг = 1 – 0,0066α – 0,00087α2;

–перемещении забоя лавы по восстанию

kуг = 1 при α ≤ 4°;

kуг = 1 – 0,013(α – 4) при α > 4°.

В приведенных выше выражениях α – угол падения пласта, град.

Коэффициент, учитывающий свойства пласта и вмещающих пород, определяется выражением

где kп – коэффициент, учитывающий недостаточную несущую способность почвы пласта;

kуст – коэффициент, учитывающий устойчивость пород непосредственной кровли;

kот – коэффициент, учитывающий величину отжима угля. Коэффициент, учитывающий недостаточную несущую спо-

собность почвы пласта:

−для механизированных крепей Т13К, 1ОКП70, 2ОКП70, 3ОКП70, 4ОКП70, 1МКМ, МК75, МК98, 1МК97Д kп = 0,5(1 + k);

−для остальных механизированных крепей kп = k.

Значение k находится из табл. 5.1 в зависимости от давления крепи на почву и несущей способности почвы пласта. Давление крепи на почву пласта для различных механизированных крепей приведено в [1], [2].

83

Значения коэффициента, учитывающего устойчивость пород непосредственной кровли:

−для пород непосредственной кровли средней устойчивости

ивыше kуст = 1;

−для слабоустойчивых пород непосредственной кровли

Значения коэффициента, учитывающего величину отжима угля, принимаются посоотношению взависимости отглубиныотжима:

Время передвижки секций механизированной крепи (крепления призабойного пространства) зависит от системы разработки, способа выемки полезного ископаемого, схемы расположения секций и схемы их передвижки. В общем случае время крепления призабойного пространства механизированной крепью определяется по формуле

84

где T – при комбайновой выемке, а также при струговой выемке

слинейным расположением секций и без разделения призабойного пространства на участки для крепления – время передвижки механизированной крепи на длине призабойного пространства, закрепленного механизированной крепью, мин; при струговой выемке

слинейным расположением секций и с разделением призабойного пространства на участки для крепления – время передвижки механизированной крепи на участке, мин; при струговой выемке с шахматным расположением секций и без разделения призабойного пространства на участки для крепления – время одной передвижки механизированной крепи на длине призабойного пространства, закрепленного механизированной крепью, мин; при струговой выемке с шахматным расположением секций и с разделением призабойного пространства на участки для крепления – время одной передвижки механизированной крепи на участке, мин;

L – при комбайновой выемке, а также при струговой выемке без разделения призабойного пространства на участки для крепления – длина призабойного пространства, закрепленного механизированной крепью, м; при струговой выемке с разделением призабойного пространства на участки для крепления – длина участка, м;

vкр – скорость крепления призабойного пространства, рассчитанная как указано выше, м/мин;

kз – коэффициент, учитывающий возможные задержки при передвижке механизированной крепи. Его значение принимается в пределах от 0,8 до 0,9.

При комбайновой выемке, а также при струговой выемке без разделения призабойного пространства на участки для крепления трудозатраты на крепление призабойного пространства механизированной крепью (чел.см.) определяются по формуле

τ= nкрT ,

Tсм

где nкр – количество рабочих очистного забоя, занятых на креплении призабойного пространства механизированной крепью;

85

Tсм – продолжительность смены, мин.

При струговой выемке с разделением призабойного пространства на участки для крепления трудозатраты на крепление призабойного пространства (чел.см.)

τ= nкр.уnуT , Tсм

где nкр.у – количество рабочих очистного забоя, занятых на креплении одного участка;

nу – число участков, на которое разделено призабойное пространство для крепления.

5.1.2. Выбор механизированной крепи для условий конкретной лавы

Технологическая схема с комплексной механизацией очистных работ в длинных очистных забоях предусматривает использование очистного механизированного комплекса. В состав каждого механизированного очистного комплекса входит механизированная крепь, как правило, одного типа, реже двух типов. Таким образом, выбор конкретного механизированного комплекса для условий конкретной лавы одновременно является и выбором механизированной крепи для данной лавы.

В соответствии со сказанным выше выбор механизированной крепи для конкретной лавы производится в два этапа [7], [8].

На первом этапе сопоставлением горно-геологических и горнотехнических условий конкретной лавы с техническими характеристиками выпускаемых механизированных комплексов [1], [2] осуществляется выбор типа и типоразмера механизированного очистного комплекса (комплексов), а следовательно, и типа и типоразмера механизированной крепи (крепей). Заметим сразу, что результат выбора механизированной крепи на данном этапе часто бывает неоднозначен, что говорит о том, что в условиях конкретной лавы возможно применениенескольких видов и типоразмеровкрепей.

86

Сопоставление горно-геологических и горнотехнических условий конкретной лавы с техническими характеристиками механизированных крепей производится по следующим факторам: угол падения пласта; вынимаемая мощность пласта; свойства пород непосредственной и основной кровли пласта; длина призабойного пространства лавы, закрепляемая механизированной крепью; подвигание забоя лавы за цикл. Очевидно, что механизированная крепь может быть применена в данной лаве, если ее технические характеристики соответствуют всемперечисленным вышеусловиям лавы.

На втором этапе производится проверка возможности применения конкретной механизированной крепи (из числа выбранных на первом этапе), которая заключается в проверочных расчетах по высоте механизированной крепи, по силовым нагрузкам на стойки крепи и по вдавливаниюэлементов крепи впородыкровли ипочвы.

Механизированная крепь по высоте удовлетворяет услови-

ям конкретной лавы, если выполняются следующие условия:

Hmax ≥ H нmax,

Hmin ≤ H нmin,

где Hmax и Hmin – соответственно максимальная и минимальная высота механизированной крепи по технической характеристике, м, определяются по [1], [2 ];

H нmax и H нmin – соответственно максимальная и минимальная высота механизированной крепи, необходимая по условиям конкретной лавы, м.

Необходимая по условиям конкретной лавы максимальная и минимальная высота механизированной крепи определяется вы-

ражениями

H нmax = m – δmlп,

H нmin = m – δm(lз + lп.к) – θ,

где m – вынимаемая мощность пласта, м;

δ – коэффициент, учитывающий свойства пород основной кровли. Для легкообрушаемой основной кровли δ = 0,04, для кровли среднейобрушаемости δ = 0,025, длятруднообрушаемой δ= 0,015;

87

lп и lз – соответственно расстояние от забоя до первой и до последней стоек секции механизированной крепи, м, определяются по [1], [2];

lп.к – подвигание забоя лавы между двумя передвижками крепи, м. При комбайновой выемке если передвижка секций производится в каждом цикле lп.к = r, если передвижка секций производится один раз в полтора цикла, lп.к = 1,5r, если передвижка секций производится один раз в два цикла, lп.к = 2r. При струговой выемке

слинейным расположением секций lп.к = r, при струговой выемке

сшахматным расположением секций lп.к = 0,5r; r – подвигание забоя лавы за цикл, м;

θ– запас высоты на разгрузку секции крепи, необходимый для передвижки секции, м. Его значение принимается в пределах от

0,04 до 0,06 м.

Проверка по силовым нагрузкам предусматривает:

−проверку по нагрузке на наиболее нагруженную стойку секции крепи;

−проверку по нагрузке на стойку при выходе из строя всех остальных стоек секции механизированной крепи.

Крепь по нагрузкам от непосредственной кровли на наиболее нагруженную стойку секции удовлетворяет условиям конкретной лавы, если выполняется условие

R ≤ Pс,

где R – нагрузка от непосредственной кровли на наиболее нагруженную стойку секции механизированной крепи, МН;

Pс – несущая способность стойки крепи по технической характеристике [1], [2], МН.

Нагрузка от непосредственной кровли на наиболее нагруженную стойку секции механизированной крепи:

− при расположении стоек в секции в один параллельный забою лавы ряд

88

В приведенных выше выражениях приняты следующие обозначения:

γн – среднийобъемныйвеспород непосредственнойкровли, т/м3; hн – мощность пород непосредственной кровли, м;

lк – длина консоли пород непосредственной кровли, зависающей позади секций механизированной крепи, м;

a – шаг установки секций (комплектов) крепи по технической характеристике [1], [2], м;

b1…2 – расстояние между первым (от забоя лавы) и вторым рядами стоек в секции механизированной крепи, м, рассчитывается по данным, приведенным в [1], [2];

b2…3 – расстояние между вторым (от забоя лавы) и третьим рядами стоек в секции механизированной крепи, м, рассчитывается по данным, приведенным в [1], [2];

nст – количество стоек в одном ряду секции (комплекта) крепи, рассчитывается по данным, приведенным в [1], [2];

Pн – первоначальный распор стойки по технической характеристике [1], [2], МН.

Остальные обозначения в этих выражениях приведены выше.

89

Длина консоли пород непосредственной кровли, зависающей позади секций механизированной крепи, устанавливается обычно исходя из имеющегося на шахте опыта разработки данного пласта. Если таких данных нет, то длина консоли пород непосредственной кровли, зависающей позади секций механизированной крепи, вычисляется по выражению

lк = σ3иγhнн ,

где σи – предел сопротивления изгибу пород непосредственной кровли, МПа.

Проверка по нагрузке на стойку при выходе из строя всех остальных стоек секции механизированной крепи выполняется только для механизированных крепей, секции которых имеют более одной стойки. Крепь по нагрузке на стойку секции при выходе из строя всех остальных стоек секции удовлетворяет условиям конкретной лавы, если выполняется условие

Rв ≤ Pс,

где Rв – нагрузка на стойку секции при выходе из строя всех остальных стоек секции механизированной крепи, МН.

Нагрузка на стойку секции при выходе из строя всех остальных стоексекциимеханизированнойкрепиопределяетсявыражением

где kи – коэффициент, учитывающий конструктивное исполнение механизированной крепи.

Остальные величины, входящие в данное выражение, определены выше.

Значение коэффициента kи, учитывающего конструктивное исполнение механизированной крепи, принимается равным 1, если крепь представлена однотипными секциями. Если же крепь ком-

90