Способы проведения горных выработок

 Способы  проведения горных выработок

 

Горные  работы – это работы по проведению, креплению и поддержанию в рабочем состоянии горных выработок, производимые для разведки или добычи полезных ископаемых из недр Земли. По расположению различают:

- открытые горные работы - проводимые под открытым небом;

- подземные - в недрах Земли;

- подводные.

По  способу осуществления и применяемым  средствам горные работы подразделяют на:

- машинные (наиболее распространённые; ведутся с помощью горных машин и механизмов;

- буровзрывные (основной вид - взрывание помещённых в предварительно пробурённые скважины, шпуры или горные выработки зарядов взрывчатых веществ);

- гидравлические;

- геотехнологические (добыча полезных ископаемых подземной возгонкой, выщелачиванием, растворением и выпариванием и т. п.);

- буровые (применяются для добычи нефти, горючих газов, рассолов, растворов минералов и т. д.

По  производственному назначению горные работы подразделяют на:

- вскрытие месторождения,

- подготовительные (для подготовки вскрытой части месторождения к разработке - разделении её на выемочные поля или блоки горными выработками, обеспечивающими транспортировку горных пород, материалов, оборудования, перемещение людей),

- нарезные (для разделения выемочных полей или блоков на выемочные участки нарезными горными выработками);

- очистные, или добычные (для извлечения полезного ископаемого).

 

Выбор технологии и оборудования для проведения горных работ в  выработках зависит как от размеров их поперечных сечений, устанавливаемых в зависимости от назначения выработки, так и от крепости и устойчивости пород.

Так для проходки горизонтальных и наклонных (до 35°) выработок в  некрепких породах применяют проходческие комбайны, которые разрушают породу и грузят её в вагонетки или на конвейер. Комбайновый способ проведения выработок является более безопасным и эффективным, чем буровзрывной; при этом почти не нарушается целостность окружающих выработку пород. Для крепких пород наиболее часто используется буровзрывной способ проходки.

 

 Буровзрывной способ проведения выработок

 

Буровзрывной способ применяется для выработки по породам с коэффициентом крепости более 8. При этом эффективность буровзрывных работ зависит от многих факторов:

   -     физико-механических свойств пород

-      типа и расхода ВВ;

-      диаметра и глубины шпуров;

-      конструкция заряда и способа его инициирования;

-      схемы расположения шпуров и очередности взрывания зарядов;

-      типа бурового оборудования; организации работ и т.п.

Степень влияния указанных  факторов на эффективность буровзрывных работ различна и определяется комплексом параметров. Поэтому буровзрывной комплекс включает в себя работы по бурению и заряжанию шпуров, а так же взрыванию зарядов и т.д.

Качественное производство буровзрывных работ во многом определяет эффективность и экономичность строительства горных выработок. Правильное определение и рациональный выбор элементов буровзрывного комплекса должны обеспечить следующее: разрушение породы в объеме проектного сечения без “недоборов” и “переборов” на максимально возможную глубину шпуров; равномерное дробление породы до определенной фракции, при которой достижима максимальная производительность погрузки разрушенной массы; минимальный разброс взорванной породы по выработке, уменьшающий трудоемкие работы по подгребанию породы; кучное расположение взорванной породы у забоя; максимальную механизацию всех работ.

Основными технологическими операциями при буровзрывном способе прохождения горных выработок являются:

1. бурение шпуров;
2. заряжание шпуров взрывчатыми веществами, монтаж взрывной сети, выполнение правил техники безопасности;
3. подрыв взрывной сети, проверка детонации всех зарядов взрывчатого вещества и сечения полученной выработки;
4. уборка породы из забоя;
5. транспортирование породы до откаточных штреков;
6. крепление горной выработки
7. вспомогательные операции по обеспечению функционирования забоя (проведение водосточной канавки; наращивание вентиляционной трубы, водного и воздушного ставов и др.).

Вышеперечисленные технологические  операции: монтаж взрывной сети и ее подрыв, являются очень опасными и требуют выполнения целого комплекта мер техники безопасности, которые являются очень продолжительными; в соответствии с чем - важнейшим минусом буровзрывного способа добычи полезного ископаемого в подземных условиях является сложность и опасность технологической схемы, а также длительность рабочего цикла.

 

  Комбайновый способ проведения выработок

Научно-технический  прогресс в области проведения горных выработок, являющихся важнейшим элементом  современной технологии добычи полезных ископаемых, в основном реализуется путем развития комбайнового способа проведения. Последний, по сравнению с буровзрывным способом, обеспечивает более высокие темпы проходки и производительность труда.

Парк проходческих комбайнов в угольной отрасли составляет около 360 штук (порядка 240 из них находятся в Кузбассе). Основой этого парка являются комбайны типа ГПКС производства Копейского машиностроительного завода (по Кузбассу, например, 97%). Анализ состояния проходческих комбайнов указывает на неуклонное снижение парка новых машин.

Сейчас в  России, вместо ранее выпускавшихся  заводами СССР для нужд угольной промышленности, других горнодобывающих отраслей и  подземного строительства шести  моделей комбайнов весом от 12 до 80 т, на потоке единственный массовый комбайн 1ГПКС (масса 24 т) и ставится на промышленное производство базовая модель комбайна среднего класса КП-25 (масса 52 т) и комбайн КП-21.

 

При комбайновом  способе проведения горных выработок  существенно сокращается число основных процессов проходческого цикла по сравнению с буровзрывной технологией. Вспомогательные процессы остаются такими же, как и при буровзрывной технологии. Большое внимание следует уделять пылеподавлению. По существу технология строительства сводится к механическому разрушению массива, погрузке и транспортировке породы, что можно выполнять одновременно с возведением постоянной крепи. Такие процессы, как бурение шпуров, заряжание и взрывание, проветривание и приведение забоя в безопасное состояние после взрывания, исключаются из проходческого цикла. Для комбайновой, технологии строительства характерна циклично-поточная организация труда.

Поэтому большое  значение приобретает своевременность  выполнения вспомогательных процессов (настилка рельсовых путей, увеличение длины конвейеров, прокладка труб и кабелей, устройство водоотводной канавки и др.), относительная трудоемкость которых в связи с недостаточным уровнем их механизации значительно возрастает.

Основными достоинствами  комбайнового способа проведения горных выработок являются:

- полная механизация и совмещение по времени основных процессов выемки и погрузки горной массы, при применении временных передвижных крепей с этими работами совмещают также возведение постоянной крепи;

- выемка породы производится в пределах проектного контура выработки без нарушения сплошности окружающего массива;

- увеличение темпов проходки и производительности труда рабочих в 2-2,5 раза по сравнению с буровзрывным способом:

- снижение стоимости строительства;

- повышение безопасности и улучшение санитарных условий работ.

В качестве одного из основных критериев оценки сопротивляемости пород разрушению механическим способом принят предел прочности пород при одноосном сжатии. Эффективность работы проходческих комбайнов зависит не только от прочностных свойств пород, но и в значительной степени от их абразивности, так как последняя изнашивает породоразрушающий инструмент, изменяя его геометрию, обусловливает рост усилий, действующих на комбайн в целом.

Параметры режима разрушения выбирают с учетом хрупкости и вязкости пород. Эти характеристики определяют как частное от деления пределов прочности пород на одноосное сжатие и растяжение.

Нарушенность  и трещиноватость массива также  оказывают существенное влияние на сопротивляемость его разрушению механическими способами.

  Крепление горных выработок

 

Горная крепь — искусственное сооружение, возводимое в горных выработках для предотвращения обрушения окружающих пород и сохранения необходимых размеров поперечных сечений, а также для управления горным давлением.

Горные крепи подразделяются:  
по основному материалу — на деревянные, металлические (из стали, легких сплавов), каменные (из естественных и искусственных камней), бетонные, железобетонные (монолитные, из отдельных блоков или элементов), смешанные;  
по роду выработок — на крепь капитальных, подготовительных, нарезных и очистных, горизонтальных, наклонных и вертикальных выработок; 
по сроку службы — на временные и постоянные;  
по форме — на трапециевидные, прямоугольные, арочные, кольцевые;  
замкнутые и незамкнутые по периметру выработки;  
по характеру работы — на жесткие, податливые (постоянного и нарастающего сопротивления), шарнирные, комбинированные (шарнирно-податливые).

Анкерная (штанговая) крепь — крепь в виде металлических, деревянных или железобетонных стержней (анкеров, штанг), закрепленных в шпурах или скважинах и прижимающих при их натяжении к поверхности обнажения пород верхняки или шайбы (плиты). Концы анкеров, как правило, закрепляются в крепких и устойчивых породах. При натяжении анкеров слои пород прижимаются друг к другу и образуют устойчивую, монолитную толщу. Поэтому анкерная крепь увеличивает устойчивость обнаженного массива и удерживает его от расслоения и обрушения.

При работе комбайнов  избирательного действия по мере подвигания забоя возводят временную или постоянную крепь в зависимости от устойчивости пород кровли.

В качестве постоянной крепи  в выработках, в большинстве случаев, применяют крепи металлическую, арочную из спецпрофиля, рамную смешанную  из железобетонных трубчатых стоек  и металлических верхняков, анкерную, деревянную рамную и различные виды бетонной крепи.

При неустойчивой кровле по мере подвигания забоя возводят постоянную крепь. В этот период комбайн  не работает. При устойчивой кровле по мере подвигания забоя рекомендуется возводить крепь у забоя с большим расстоянием между рамами, чем предусматривает паспорт постоянного крепления.

Значительно усложняется  производство работ по креплению, если в качестве постоянной крепи принята  арочная крепь спецпрофиля, причем с бетонными затяжками. Механизировать установку арок сложно и еще сложнее механизировать закладку бетонных растяжек. По этим причинам возведение такого вида крепи, как правило, сопровождается полной остановкой комбайна и приводит к существенным потерям времени.

Как показывает опыт, на возведение крепи с рамными металлическими конструкциями при применении комбайнов избирательного действия приходиться до 40% времени проходческого цикла.

Указанные недостатки могут  быть устранены заменой деревянных и бетонных затяжек тканевыми или металлическими сетчатыми затяжками, а также применением временной гидрофицированной металлической передвижной крепи или установкой на комбайне специального навесного оборудования для механизации монтажа элементов крепи.

 

 

 

 

Классификация проходческих комбайнов

 

Применяемые в настоящее время в промышленных условиях проходческие комбайны делятся на две группы: бурового действия (роторные) и избирательного действия (стреловидные).

 

 

  Проходческие комбайны бурового действия

 

Комбайны бурового действия могут разрушать породы прочностью до 150 МПа и более. Они работают по принципу распорно-шагающих механизмов и обеспечивают проведение выработок круглой формы. Проходческие комбайны бурового действия имеют роторный исполнительный орган, объединяющий функции разрушения породы, погрузки и транспортировки, снабженный шарошками лобового резания, погрузочными ковшами и ленточным конвейером. Роторный исполнительный орган разрушает породу шарошками одновременно по всей площади забоя, поэтому требует усилия подачи 1400-1600 кН и выше, а также большой мощности электродвигателей: 440-540 кВт - для исполнительного органа, 660-850 кВт - для всего комбайна и 900-1100 кВт - для комбайна со вспомогательным оборудованием.

Структурно-компоновочная  схема проходческого комбайна с  буровым исполнительным органом  представлена на рис. 1.

Рис. 1. Роторный проходческий комбайн.  1 – роторный исполнительный орган, состоящий из одной или двух соосно расположенных планшайб; на их забойной стороне расположен рабочий инструмент (резцы, шарошки), а с внутренней, как правило, размещаются ковши погрузочного устройства;  2 – бермовые фрезы, осуществляющие оформление забоя до арочной формы;  3 – привод роторного исполнительного органа и бермовых фрез, состоящий из электродвигателя и редуктора;  4 – щит ограждения, препятствующий проникновению пыли из зоны работы исполнительного органа в выработанное пространство;  5 – несущая рама комбайна с расположенным на нем электро- и гидрооборудованием;  6 – ходовая часть гусеничного или распорно-шагающего типа;7 – конвейер ленточного типа.

 

Недостатками  комбайнов бурового действия являются: