Розділ 2: Процеси гірничого виробництва

Тема 9: Процеси підземних гірничих робіт при проведенні гірничих виробок

План заняття

1.Загальні відомості про проведення гірничих виробок.

2.Основні та допоміжні процеси при комбайновому способі проведення виробок.

3.Суцільна та роздільна виїмка вугілля.

4.Основні та допоміжні процеси при використанні БВР для проведення виробок.

5.Провітрювання тупикових частин виробок.

6.Кріплення підготовчих виробок.

1.Загальні відомості про проведення гірничих виробок.

Роботи, пов'язані з проведенням гірничих виробок при розвідці або розробці родовищ корисних копалин, називаються гірничопрохідницькими роботами. Вони включають ряд виробничих процесів і операцій, що періодично повторюються при проведенні кожної виробки.

До гірничопрохідницьких робіт відносять зазвичай такі процеси і операції:

а) відбійка породи, тобто руйнування і відділення її від масиву;

б) навантаження відбитої породи в бадді, вагонетки або інші транспортні сосуди;

в) прибирання відбитої породи з вибою гірничої виробки;

г) кріплення гірничої виробки, тобто зведення штучних споруд, які зберігали форму і розміри поперечного перерізу виробки.

2.Основні та допоміжні процеси при комбайновому способі проведення виробок.

Перераховані процеси, що забезпечують безпосереднє переміщення вибою виробки, називаються основними.

Прохідницькі ж процеси і операції, необхідні для створення нормальних умов роботи в забої і для виконання основних процесів, носять назву допоміжних. До них відносяться: провітрювання виробки, настилання рейкового шляху, водовідлив ng ін.

Сукупність основних і допоміжних процесів і операцій, які виконуються при проведенні виробки в певному порядку і забезпечують посування вибою на певну, технічно обґрунтовану величину, називають прохідницькиv циклом. Кількість і характер виробничих процесів, що входять в прохідницький цикл, залежать від типу виробrb і способу її проведення.

Гірничі роботи бувають відкриті, які ведуться на земній поверхні, і підземні.

Залежно від застосовуваних засобів для руйнування гірських порід гірничо-прохідницькі роботи, як і гірські роботи взагалі, можуть бути розділені на ручні, машинні, гідравлічні і вибухові. Вишукуються також і інші способи руйнування гірських порід, зокрема ультразвуковий, електроімпульсний, термічний і ін.

Ручні гірничі роботи виконують за допомогою ручних інструментів (кайла, лопати, клинів, ломиків). Як самостійний вид гірських робіт, ручні роботи втратили своє значення і є допоміжними при інших гірських роботах.

Машинні гірничі роботи виконують за допомогою гірських машин, що приводяться в дію електричною, пневматичною (стисненим повітрям) і гідравлічною (водою під тиском) енергією. В основному застосовують електричні машини. Пневматичні машини застосовуються на сільнозагазованих шахтах, що розробляють найчастіше круті пласти, а також при проведенні виробок по дуже міцним породам, коли буріння здійснюють пневматичними машинами. Гідравлічні машини застосовують на гідрошахтах, де основним видом енергії у вибоях є гідравлічна.

За призначенням гірські машини ділять на відбійні молотки, бурильні, врубові, навантажувальні, транспортні машини і комбайни.

Відбійні пневматичні молотки застосовують для виїмки вугілля в лавах в основному з крутопохилими і крутими пластами, для виїмки вугілля і породи при виконанні допоміжних операцій при проведенні виробок.

Бурильні машини поділяють на машини для буріння шпурів і свердловин при буропідривних роботах і машини для збійки при бурінні свердловин діаметром 200 мм і більше.

Навантажувальні машини застосовують для навантаження вугілля та породи при проведенні гірничих виробок і поділяють на машини безперервного дії з боковим захватом породи і машини безперервної дії з нижнім або верхнім черпанням породи.

Транспортні машини застосовують в основному для транспортування вугілля, породи, матеріалів, обладнання і людей. До них відносяться: лебідки, конвеєри, самохідні вагонетки, електровози та інші локомотиви.

3.Суцільна та роздільна виїмка вугілля.

Комбайни (комбіновані машини) ділять на прохідницькі та очисні.

Прохідницькі комбайни застосовують для проведення гірничих виробок, очисні - для виїмки вугілля в очисних виробках (лавах). Комбайни механізують кілька процесів - в основному виїмку і навантаження породи (вугілля) на транспортні засоби.

Гідравлічні гірничі роботи застосовують на гідрошахтах. При цьому вугілля, а іноді і породу руйнують струменем води, яка викидається з гідромонітора зі швидкістю до 100 м / с. При ударі струменя води об вугілля в ньому утворюються тріщини, потрапляючи в які вода руйнує його. Цією ж водою здійснюється і транспортування вугілля. Крім того, застосовують механогідравлічним спосіб виїмки і транспортування вугілля, при якому вугілля виймають комбайном, а транспортують струменем води.

4.Основні та допоміжні процеси при використанні БВР для проведення виробок.

Вибухові роботи застосовують для руйнування (виїмки) породи при проведенні гірничих виробок, а також вугілля в очисних виробках (лавах). Сутність вибухових робіт полягає в тому, що під час вибуху заряду ВР у глибині масиву порід виникає тиск газів, що утворилися під час вибуху, який досягає десятків тисяч мегапаскалей. Це тиск руйнує і викидає певний обсяг породи.

Вибухові роботи можуть застосовуватися в породах різної міцності, але найбільш економічні вони в породах середньої міцності і міцних, тобто в тих умовах, коли інші види гірських робіт недостатньо ефективні або їх зовсім застосовувати не можна.

Для розміщення заряду в масиві породи утворюють порожнину - шпур, свердловину або гірничу виробку. Відповідно і методи вибухових робіт називають методами шпурових, свердловинних або камерних зарядів. При дробленні брил і валунів заряд може бути розташований зовні. Такий метод називають методом зовнішніх (накладних) зарядів. На вугільних шахтах основним є метод шпурових зарядів. При відкритій розробці вугільних родовищ застосовують всі перераховані методи, але основним є метод свердловинних зарядів.

При шпуровому методі у вибої виробки пробурюють шпур довжиною до 5 м і діаметром до 75 мм, в основному 40-50 мм. У шпур поміщають заряд - визначену кількість ВР, підготовлену до вибуху. Вільну від заряду частина шпуру заповнюють набійкою з суміші глини з піском або іншого сипучого або пластичного, негорючого матеріалу. Процес приміщення заряду і набійки в шпур називають заряджанням його. Таким чином, вибухові роботи при шпуровим методі полягають в бурінні, заряджанні шпурів і підриванні зарядів.

Крім розглянутих видів гірських робіт і способів руйнування порід застосовують термічний і електромагнітний способи руйнування породи.

Сутність термічного способу полягає в тому, що при швидкому прогріванні породи полум'ям або газами з спеціального пальника в поверхневому шарі породи виникають термічні напруги, що руйнують її. При високих теммпературах (до 1700°С) відбувається розплав і випаровування породи. У перспективі можливе застосування лазерних променів для ослаблення і руйнування порід.

Сутність електромагнітних способів полягає в тому, що при взаємодії породи з електромагнітним полем в породі відбувається перетворення електромагнітної енергії в теплову. Руйнування породи проходить так само, як і при термічному способі.

Технологічні схеми розрізняються в залежності від проведення виробки по однорідним і неоднорідним породам. При проведенні виробки по неоднорідним породам їх виїмка може здійснюватися суцільним вибоєм або селективно (роздільно).

При роздільній виїмці вугілля і породи виробки можуть проводитися вузьким і широким вибоєм. При вузькому вибої його ширина по вугіллю дорівнює проектній ширині виробки начорно, при широкому вибої його ширина перевищує ширину виробки на величину, необхідну для розміщення в нинішньому просторі (раскосці) породи від підривання.

Проведення штреків вузьким вибоєм можливо при будь-якому заляганні вугільного пласта. Для того щоб вугілля не змішувалось з породою, що отримується від підривання, вугільний вибій випереджає породний на 2-3 м. Максимально допустима відставання породного вибою від вугільного 5 м.

Мал.1- Розташування підривання порід, що вміщають:

а - покрівлі; б - грунту; в - покрівлі і грунту; г - лежачого боку при крутому заляганні пластів

Переваги проведення штреків вузьким вибоєм - менша трудомісткість робіт, підвищена стійкість виробки, великі можливості механізації основних прохідницьких процесів; недолік - необхідність видачі породи від підривання на поверхню.

До переваг проведення штреків широким забоєм відноситься попутний видобуток вугілля і можливість залишення породи в шахті. Однак істотним його недоліком є мала швидкість проведення виробки, обумовлена складною організацією робіт і значною трудомісткістю робіт по закладці породи в раскоску.

Основними способами проведення виробок є буропідривний і комбайновий.

Буропідривний спосіб застосовується при проведенні виробок по неоднорідним і однорідним породам. Основні процеси прохідницького циклу: буріння, заряджання та підривання шпурів, провітрювання вибою і приведення його після преведння в безпечний стан, навантаження породи і зведення постійного кріплення. До допоміжних процесів відносяться процеси, що виконуються одночасно з основними і мають відносно невелику трудомісткість (настилка рейкових шляхів, нарощування трубопроводів і т.д.).

При комбайновому способі руйнування гірської маси і її навантаження здійснюється однією машиною - прохідницьких комбайном. Відомі прохідницькі комбайни трьох типів: із стрілоподібним виконавчим органом (вибіркової дії), бурового дії і коротковибійні.

Переважне поширення набули комбайни із стрілоподібними виконавчими органами. Виконавчий орган оснащений фрезерною головкою. Комбайни мають механізм переміщення (гусеничний, крокуючий), навантажувальний орган (нагортальні лапи або скребковий конвеєр з консольними шкребками на підйомно-поворотному столі, навантажувальний диск-плуг, що коливається), скребковий конвеєр, перевантажувач, привід (електричний, пневматичний, гідравлічний), засоби боротьби з пилом (зрошення і пиловідсмоктувач) і т.д.

5.Провітрювання тупикових частин виробок.

Мал.2 – Схеми провітрювання тупикових частин підготовчих виробок нагнітальним (а), всмоктуючим (б), та комбінованим (в) способами: 1 – нагнітальний вентилятор; 2 – всмоктуючий вентилятор; 3 - нагнітальний трубопровід; 4 – всмоктуючий трубопровід; 5 - перемичка

Провітрювання тупикових частин підготовчих виробок може здійснюватися нагнітальним, всмоктуючим або комбінованим способом (мал. 2).

Найчастіше застосовують нагнітальний спосіб провітрювання (див. мал. 2, а). Вентилятор місцевого провітрювання встановлюють на свіжому вентиляційному струмені на відстані не менше 10 м від вихідного струменя і по трубопроводу подають у вибій повітря. Повітря, забруднене продуктами вибуху і газами, що виділяються з вугілля, рухається в зворотному напрямку по всьому перетину виробки. Подача вентилятора не повинна перевищувати 70% кількості повітря, що надходить до нього за рахунок загальношахтної депресії.

При всмоктуючому способі провітрювання (див. мал. 2, б) в вентиляційний трубопровід потрапляють лише гази, відкинуті вибухом від вибою і знаходяться в безпосередній близькості (1-1,5 м) від вхідного отвору трубопроводу. Його перевага - виробка на всьому протязі (за винятком 25-30 м у забою) залишається вільною від продуктів вибуху.

Комбінований спосіб (див. мал. 2, в) застосовують для прискорення провітрювання. На деякій відстані від вибою встановлюють перемичку з дверима, яка під час провітрювання повинна бути закрита. Через перемичку прокладені нагнітальний і всмоктуючий трубопроводи.

Вентиляційні труби виготовляють з металу, тканини або полімерних матеріалів. При нагнітальному способі провітрювання застосовують виконані з прогумованої тканини труби діаметром 0,3-0,6 м.

Вентилятори місцевого провітрювання за родом енергії можуть бути пневматичні та електричні, а за принципом роботи - осьові і відцентрові. Найчастіше поширені осьові вентилятори як найбільш компактні і зручні в роботі.

6.Кріплення підготовчих виробок.

Кріплення підготовчих виробок, прохідних в межах виїмкової поля, розділяють по терміну служби на тимчасове і постійне, за характером роботи - на жорстке, податливе і шарнірне, по виду матеріалу - на дерев'яне, металеве, змішане і анкерне, за конструктивними ознаками - на суцільне і рамне. Тимчасове кріплення підтримує виробку лише на деякій відстані від вибою і потім замінюється постійним, що підтримує виробку протягом всього терміну її служби.

Тимчасове кріплення простіше постійного, легше йогоі зводиться швидше.

Мал.3 - Конструкції рамного податливого металевого кріплення

Жорстке кріпленням називають кріплення, конструкція якої не допускає взаємного зближення, прослизання і впровадження в породу його малодеформованих елементів. Якщо елементи кріплення можуть значно деформуватися, допускають взаємне зближення, прослизання без втрати несучої здатності, то таке кріплення називається податливе.

Підготовчі виробки в межах виїмкової поля протягом терміну служби перебувають як в зоні сталого гірського тиску (за межами впливу очисних робіт або в їх відсутність), так і в зоні підвищеного гірського тиску, пов'язаного з веденням очисних робіт. Тому основним видом кріплення для них є рамне металеве податливе кріплення, як правило, арочної і рідше кільцевої або підковоподібної форми (мал.3).

У нестійких породах рами встановлюють впритул один до одного (суцільне кріплення), в стійких - на відстані 0,5-1,2 м. Покрівля та боки виробки в останньому випадку затягуються дерев'яними або залізобетонними затяжками, дротяною сіткою.

Анкерне металеве кріплення застосовується самостійно або в поєднанні з рамним кріпленням, дротяною сіткою.

Анкерне кріплення конструктивно відрізняється від вищерозглянутих видів кріплення тим, що її встановлюють всередині масиву гірських порід (в шпурах), стягуючи окремі шари або блоки порід. Анкерне кріплення складається з окремих стрижнів (штанг), закріплених в шпурах і утримують нижні шари (шматки) породи в покрівлі виробки від зрушення і обвалення (мал. 4). При необхідності анкерне кріплення встановлюють також в боках виробки.

За способом закріплення розрізняють анкери двох типів: з закріпленням в донної частини шпуру і з закріпленням по всій: довжині шпуру або значної його частини.

Мал. 4 - Виробка, закріплена анкерним кріпленням: 1 - анкер; 2 - опорна плита; 3 - гайка

НА ПОЧАТОК