Очистные работы при подземной добыче полезных ископаемых

Очистные работы — совокупность работ, выполняемых в подземной очистной выработке с целью добычи полезного ископаемого. Прообраз очистных работ стал складываться в эпохи мезолита и неолита с переходом от простого собирательства каменных материалов к подземной добыче с использованием примитивных горных орудий, когда горные работы начали формироваться как совокупность приёмов владения этими орудиями и поддержания нормальных условий деятельности в подземных выработках.

На современных угольных (сланцевых) шахтах очистные работы — комплекс процессов и операций:

§ очистная выемка (разрушение полезной толщи с отделением полезных ископаемых от массива и навалкой его на транспортирующее устройство);

§ доставка полезных ископаемых к транспортной выработке;

§ перемещение в очистной выработке транспортного и выемочного оборудования;

§ крепление горной выработки (очистной), управление горным давлением в очистной выработке.

На современных рудных шахтах очистные работы обычно включают:

§ отбойку — отделение руды от массива и дробление при этом на куски (очистную выемку на рудных шахтах считают синонимом очистных работ);

§ доставку рудной массы до транспортной выработки;

§ вторичное дробление руды, т.е. измельчение негабаритных кусков в выемочном блоке;

§ иногда закладку или крепление очистного пространства. Кроме того, на шахтах осуществляют вентиляцию, водозащиту, осмотр и ремонт оборудования и др. Все процессы и операции, входящие в очистные работы, выполняют в определённом порядке, согласованном во времени и пространстве. Среди них выделяют основные и вспомогательные производственные процессы и операции, набор которых зависит в основном от применяемых средств механизации очистных работ.

Основные операции очистных работ в очистных выработках угольных (сланцевых и т.п.) шахтах обычно включают отделение полезного ископаемого от массива, погрузку его на конвейер и доставку к погрузочному пункту, передвижку конвейера, крепление забоя и управлению горным давлением, проведение ниш, мероприятия по снижению пылеобразования и газовыделения, погрузку на конвейер полезных ископаемых, отбиваемого при оформлении забоя, а также просыпающегося на почву при разрушении его выемочной машиной; в очистных выработках рудных шахт — бурение и взрывание, доставку руды, закладку и крепление. Все остальные операции, выполняемые в очистной выработке, например доставку в забой оборудования и материалов, укладку пути, наращивание трубопроводов или уборку труб и др., относят к вспомогательным. Выполняют их чаще всего совместно с основными работами. Определённая специфика отличает содержание и характер выполнения очистных работ при шахтной гидродобыче. На основные производственные операции в среднем приходится до 80% общих затрат по очистным работам.

В зависимости от порядка разрушения горного массива, включающего полезные толщи, очистная выемка бывает

§ совместной (валовая выемка);

§ селективной (раздельной) выемкой.

По конфигурации линии очистного забоя различают:

§ потолкоуступную выемку;

§ почвоуступную выемк;

§ слоевую выемку;

§ сплошную выемку.

По способу разрушения горного массива выделяют очистную выемку (отбойку):

§ механическую (комбайновую);

§ буровзрывную;

§ струговую.

Кроме того, в меньших объёмах применяют гидравлическую, механогидравлическую, взрывогидравлическую и выемку, выполняемую отбойными молотками. Реализуются эти работы в очистном забое на основе цикличной и поточной организаций труда. Планируемый порядок очистных работ на практике для удобства пользования выражается в виде координатных графиков (и таблиц), наглядно изображающих во времени протекание процессов в очистной выработке, — планограммы очистных работ, графика выходов рабочих, таблицы технико-экономических показателей. На планограмме работ изображают все основные производственные процессы, выполняемые в забое, их взаимную увязку во времени и пространстве и последовательность.

На графике выходов приводится число рабочих (по профессиям), необходимых для выполнения цикла работ, распределение их по сменам и время пребывания на работе. В таблице технико-экономических показателей даются проектируемые результаты организации очистных работ.

С целью более эффективного использования горной техники и оптимизации режимов её работы при переходе на оптимальные параметры способов подготовки и рациональные системы разработки составлены и применяются на шахтах типовые технологические схемы очистных работ. Дальнейшее повышение уровня концентрации и интенсификации очистных работ будет происходить за счёт совершенствования горной техники и систем разработки, развития комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, широкого распространения на шахтах передовых методов ведения работ.

Комбайн очистной 1ГШ68

Комбайн – выемочная машина, предназначенная для отделения угля от массива при одновременном дроблении на куски транспортабельных размеров и погрузки их па забойный конвейер исполнительным органом или специальным устройством (грузчиком). В зависимости от условий применения (мощности и угла наклона пластов, устойчивости вмещающих пород и др.)

Предназначен для механизации выемки угля на пластах мощностью 1,3-2,5 м с углом падения до 35° при подвигании очистного забоя по простиранию пласта и до 10° – по падению и восстанию при сопротивляемости угля резанию до 3 кН/см при работе радиальными резцами и до 2 кН/см при работе тангенциальными. При углах падения пласта 9° и выше комбайн применяется с предохранительной лебедкой.

На пластах с углом падения до 20° комбайн может работать по обычной схеме закрепления. цепи. На пластах с углом падения свыше 20° комбайн применяется с тяговым устройством, обеспечивающим работу по полиспастной схеме.

Комбайн 1ГШ68 (рис. 4) выпускается четырех типоразмеров. Выемка угля комбайном может производиться как по челноковой, так и по односторонней схемам с рамы передвижного скребкового конвейера типов СП87ПМ, СУОКП МК75, КИЗМ и СУОКП в комплексе с механизированной крепью соответственно М87УМ, МК75, 1МКМ и 10КП, 10КПМ.

В составе комплекса типа КМ87УМ (КМ87УМП, КМ87УМН) комбайн 1ГШ68 работает со шнеками диаметром 1120 мм или 1250 мм, в составе комплекса 1МКМ- 1250 мм, в составе комплекса М1(75-1400 мм и в составе комплексов 10КП и 10КПМ1600 мм.

В лавах с индивидуальной крепью комбайн 1ГШ68 работает с рамы передвижного скребкового конвейера СП202 и оснащается шнеками диаметром 1120 или 1250 мм.

При работе комбайн опирается на раму конвейера четырьмя опорными лыжами, две из которых (забойные) регулируются по высоте с помощью гидроцилиндров, встроенных в опоры, а две другие (завальные) оснащены захватами, которыми охватывается цилиндрическая направляющая на конвейере.

Клиренс комбайна составляет 250-560 мм.

Исполнительный орган комбайна состоит из двух двухзаходных или трехзаходных шнеков одинакового диаметра, симметрично расположенных по концам корпуса комбайна. Шнеки закреплены на выходных валах поворотных редукторов; их положение плавно регулируется в пределах вынимаемой мощности пласта гидродомкратами.

Конструктивное исполнение комбайна обеспечивает возможность самозарубки шнеков в пласт и механизированную выемку угля на концевых участках лавы без ниш при выносе приводной и концевой головок забойного конвейера в прилегающие к лаве выработки. Выемка угля при этом осуществляется косыми заездами.

Рмс.4 Комбайн 1ГШ68:

1 – механизм подачи; 2 – левый шнек; 3 – левый редуктор поворота; 4 – левый домкрат; 5 – левый редуктор; 6 – электродвигатель; 7 – правый редуктор; 8 – правый шнек; 9 – правый редуктор поворота; 10 – правый домкрат; 11 – погрузочный щиток; 12 – электроблок; 13 – опорные лыжи.

Резцы исполнительного органа комбайна закрепляются с помощью фиксаторов в кулаках, приваренных к нерабочим сторонам спиралей шнеков. Торцевые резцы КБ01 устанавливаются в конических втулках на лобовинах шнеков.

Погрузочное устройство комбайна состоит из левого и правого погрузочных щитков, прикрепляемых к левому и правому кронштейнам с помощью специальных пальцев. В рабочем положении они удерживаются благодаря цепям и переводятся из рабочего положения в транспортное и обратно вручную.

Комбайн оснащен встроенным гидравлическим механизмом подачи, обеспечивающим автоматическое бесступенчатое регулирование скорости подачи.

Тяговым органом комбайна является сварная калиброванная цепь 2692-9, растянутая вдоль лавы и закрепленная по концам.

При работе комбайна по полиспастной схеме в качестве тягового органа используется цепь 2386-9. В последнем случае крепление цепи к корпусу комбайна осуществляется с помощью прицепных устройств. Обводное устройство, состоящее из звезды, вращающейся на роликовых подшипниках, и кожуха, закрепляется на приводах.

На комбайне установлены два электродвигателя ЭК В4У-У5 с водяным охлаждением, работающие на общий вал.

Для борьбы с пылью комбайн комплектуется системой орошения, обеспечивающей подачу воды в зону непосредственного пылеобразования и на пути распространения пыли, перешедшей во взвешенное состояние.

Для подавления пыли в зонах ее образования на шнеках установлены трубопроводы, по которым вода поступает к форсункам. Тип и число форсунок выбираются в зависимости от конкретных горно-геологических условий очистного забоя и режимов работы комбайна.

Техническая характеристика комбайна 1ГШ68:

Исполняемый орган:

пределы регулирования высоты от опорной поверхности конвейера, м:

I типоразмера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.12 – 2.12

II типоразмера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.25 – 2.2

III типоразмера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4 – 2.5

IV типоразмера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.6 – 2.6

опускание ниже опорной поверхности конвейера, мм:

I типоразмера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

II типоразмера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

III типоразмера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

IV типоразмера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

тип . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . Шнековый

число шнеков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

диаметр шнеков по резцам, м . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.12; 1.25; 1.4; 1.6

ширина захвата шнеком, м:

1.12м . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.63; 0.8

1.25м . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.5; 0.63; 0.8

1.4м . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 0.5

1.6м . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0.5; 0.63

скорость резания шнеком, м/с:

1.12м . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 2.4 (2.7)

1.25м . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 2.68 (3.01)

1.4м . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 3.0 (3.37)

1.6м . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 3.43 (3.85)

тип резцов:

линейных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3Р4.80; РКС1

торцовых . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . КБ01

Механизм подачи:

максимальная скорость подачи, м/мин . . . . . 4.4 (5.5); 4.0 (3.0)

максимальное тяговое усилие, кН . . . . . . . . . 250 (190); 300 (360)

Тяговой орган . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Цепь круглозвенная 2692-9

Электродвигатель комбайна:

тип . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ЭКВ4У-У5

мощность, кВт . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

число . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Габариты комбайна, мм

длинна по корпусу:

общая . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8267

без погрузочных щитков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8524

длинна по резцам шнеков диаметром 1.12; 1.25; 1.4 и 1.6м,

соответственно . . . . . . . . ……….. . 7385, 7515, 7655, 7865

ширина корпуса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1005

высота корпуса в зоне крепи . . . . . . . . . . . . . . . . 900 – 1000

Масса, кг:

комбайна . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16200; 18640

комплекта поставки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22600; 28600

Подземная разработка рудных и нерудных месторождений (подземная разработка месторождений полезных ископаемых) – это совокупность работ по вскрытию, подготовке и очистной выемке месторождения. Вскрытие и подготовка осуществляются посредством проведения выработок. Забои проводимых выработок называются подготовительными. Выемку полезного ископаемого ведут в очистных забоях, применяя при этом различные способы его разрушения. Очистные забои необходимы для выемки полезного ископаемого. При подземной разработке рудных месторождений наиболее распространен взрывной, а при добыче ископаемых углей – механический способ разрушения тела руды или угленосного горизонта.

Комплекс подъемных машин и оборудования называют шахтным подъемом. В него входят скребковые контейнеры, ленточные конвейеры, вагонетки, гидротранспорт – для подъема добытого угля. Скреперная доставка, виброустановки и локомотивная откатка – для транспортировки добытой руды.

Добытая руда зачастую содержит 3-5% необходимого продукта, следовательно ее необходимо подвергнуть процессу обогащения – совокупности процессов первичной обработки минерального сырья, добытого из недр, в процессе которого происходит разделение полезных минералов от пустой породы.

Подземная разработка пластовых месторождений

Добыча твердых полезных ископаемых подземным способом осуществляется в три стадии: вскрытие, подготовка и очистные работы. Вскрытие – проведение горных работ, обеспечивающих доступ с поверхности земли к залежи полезного ископаемого (в соответствии с требованиями безопасности их должно быть не менее двух).  К вскрывающим выработкам относятся стволы, штольни, квершлаги (горизонтальные горные выработки не имеющие выхода на поверхность), слепые стволы, гезенки (вертикальная горная выработка не имеющая выхода на поверхность) и шурфы (вертикальная выработка для проведения разведки).. 

Подготовляющие выработки обеспечивают шахту необходимым инвентарем для проведение очистки, по ним осуществляется транспорт готовой продукции, пропускают необходимое количества воздуха для функционирования шахты.

Очистные работы – основная стадия подземной разработки полезных ископаемых. Эксплуатацией месторождения называют период ведения очистных работ.

Вскрывающие выработки

Вскрывающие выработки при подземный способ разработки месторождений делятся на следующие типы:

1) Основные (главные) – для выдачи полезного ископаемого на поверхность.

2) Вспомогательные – для других целей (например спуск-подъем людей и оборудования).

3) Капитальные – служат весь срок отработки запасов шахты.

4) Горизонтные – служат в течение времени отработки запасов между смежными транспортными горизонтами – пологое падение

5) Этажные – функционируют пока разрабатываются запасы одного этажа.

Подземная разработка пластовых месторождения начинается с  выбора способа и схемы вскрытия, что зависит от множества факторов: размеров шахтного поля, угла падения пласта, количество пластов и расстояние между соседними, рельеф поверхности, глубина залегания, удароопасность угольных пластов и их склонность к самовозгоранию, и другие.

По полученным данным выбирают методику проведения работ по вскрытию: вскрытие штольнями, наклонными стволами с капитальным квершлагом, вскрытие вертикальными стволами с горизонтальными квершлагами или комбинированное вскрытие.

Подготовка пластов к добыче

После проведения работ по вскрытию месторождения, его необходимо подготовить к добыче полезного ископаемого в очистных забоях. Этот процесс состоит из двух этапов: способ подготовки, на котором проводят подготавливающие выработки на уровне транспортного горизонта и пластовая подготовка, при которой транспортные штреки проводят по угольному пласту. Пластовая подготовка изредка заменяется на полевую (если имеются неустойчивые боковые породы и на пластах с углями, склонными к самовозгоранию) при которой полевые штреки в породах лежащего бока.

Далее проводят подготавливающие выработки в плоскости пласта, для создания очистных забоев принятой длины в количестве, обеспечивающем принятую производственную мощность шахты (количество полезного ископаемого, добытого в единицу времени).

Очистные работы в угольных шахтах

Подземные разработки угольных месторождений кроме непосредственно выемки полезного ископаемого под очистными работами включат еще крепление забоя и управление кровлей. Очистная выемка – совокупность процессов отбойки, погрузки на забойный контейнер и доставка угля до ближайшей транспортной выработки.

Очистной забой – забой, в котором осуществляется массовая добыча полезного ископаемого. В зависимости от длины забоя различаются технологии выемки угля. В лавах (длинные забои) применяется фланговая и фронтальная схема выемки. При фланговой схеме выемка угля осуществляется выемочной машиной, перемещающейся вдоль забоя перпендикулярно к направлению его подвигания. При фронтальной выемке отделение угля от массива осуществляется выемочной машиной одновременно по всей длине очистного забоя без участия людей.

Выемочные машины – общее название, объединяющее в себе следующие горно-проходческие комплексы: комбайны, струги, агрегаты, гидромониторы, механогидравлические машины. Отдельно при добыче угля стоят буровзрывные работы.

Для доставки угля в лавах на пологих и наклонных пластах применяются скребковые конвейеры. Они получили широкое распространение, так как относительно просты по конструкции, пригодны к тяжелым условиям эксплуатации, приспособлены для работы с очистными комбайнами, стругами и механизированными крепями.

Крепь очистных выработок – искусственное сооружение, возводимое для предотвращения обрушения пород кровли сохранения необходимой площади поперечного сечения призабойного пространства и управления горным давлением.

Основы подземной разработки рудных месторождений

Залежи рудных месторождений большей частью имеют крутое или наклонное залегание. В целях удобства разработки их по падению делят на этажи с определенной высотой и длиной, иначе говоря – рудное тело. В зависимости от условий залегания рудных тел применяется вскрытие вертикальными, наклонными стволами или штольнями. Самый распространенный способ – вскрытие вертикальными стволами, от которых отходят квершлаги на каждом горизонте.

Если рудное месторождение находится в горной местности, то применяют вскрытие штольнями, от которых отходят слепые вертикальные стволы с подъемной  установкой на штольневом горизонте.

Подготовка рудных тел к очистной выемке похожа на подземные разработки угольных месторождений, так же как и при подземной разработке угольных месторождений подготовка рудных тел к очистной выемке начинается с проведения сети подготовительных выработок:

• по типу подготовительных выработок – штрековая и ортовая
• по расположению выработок по отношению к рудному телу – рудную, полевую и комбинированную
• по схеме движения транспорта – тупиковую и кольцевую

При очистной выемке руды выполняются следующие основные производственные процессы: 

1. Отбойка руды – процесс отделения руды от массива в блоке с одновременным дроблением ее на куски.
2. Вторичная дробление – для соответствия условиям технологического процесса, по которым отбитая руда должна иметь куски определенной крупности
3. Выпуск и доставка руды – перемещение рудной массы от мест отбойки до транспортных выработок блока
4. Управление горным давлением – естественное поддержание очистного пространства, обрушение вмещающих пород, искусственное поддержание очистного пространства

Системы разработки рудных месторождений

Системы разработки с естественным поддержанием очистного пространства – основано на использовании естественной устойчивости руды и вмещающих пород. Для них характерны более высокая производительность блоков, ниже трудоемкость и себестоимость добычи. Однако они отличаются значительными потерями руды в целиках: 25-35%.

Системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород – отличаются невысокими затратами на контролирование горного давления. Это высокопроизводительные системы, но имеющие повышенные потери отбитой руды и ее высокая потеря вследствие неполного выпуска руды из блока.

Системы разработки с искусственным поддержанием очистного пространства – для них характерны высокие затраты на возведение закладки или крепи, либо то и другое, более низкие потери и разубоживание.