Курсовой проект. 1 Горногеологический прогноз по пласту 26а Шахта Большевик 5
 Скачать 113.35 Kb.
|
3 Очистные работы3.1 Обоснование и выбор средств комплексной механизации очистных работОсновным средством выемки угля на пологих и наклонных пластах в настоящее время являются комплексы добычного оборудования, позволяющие механизировать и совмещать во времени все основные операции технологического процесса в очистном забое. В общем случае в состав очистного механизированного комплекса входят: механизированная крепь, крепи сопряжения очистного забоя со штреками, выемочная машина (комбайн, струг), забойный конвейер, крепи сопряжения, насосные станции (СНУ или СНТ), оросительная система с оросительной установкой 2УНЦНС13, предохранительная лебедка, энергопоезд и другое оборудование. По времени создания и промышленного применения механизированные комплексы сейчас относят к трем поколениям. Механизированные комплексы первого и второго поколений типов КМ, МК, ОКП, УКП и их модификации уже не выпускаются промышленностью, поэтому применять их в проектах, ориентированных на перспективу, не рекомендуется, за исключением некоторых отдельных наиболее удачных по конструкции и надежных в определенных условиях типов крепей (КМ103М, КМ130, МК75Б). Механизированные комплексы третьего поколения созданы в последние годы и относятся к технике повышенного технического уровня (например, МКД90, КМ137А, КМ138, КМ142, КМ144, УКП4, 2УКП5 и др.). В их состав входят самозарубающиеся очистные комбайны с бесцепной системой подачи и конвейеры унифицированного ряда повышенной энерговооруженности. Для перемещения комбайнов на тонких пластах используется вынесенная система подачи. Применяется система автоматического и дистанционного управления с выносного пульта (КМ137А и КМ138А). Имеются противоотжимные устройства и устройства для удержания надштрековой пачки угля. Эти комплексы применимы практически во всех условиях эксплуатации, поэтому при выборе следует ориентироваться на применение комплексов третьего поколения и сохранивших свое значение лучших крепей второго поколения. Техническая характеристика механизированного комплекса КМ-138, принятого курсовым проектом, который наиболее подходит для горно-геологических условий пласта 26а, приведена в таблице 2. Так же стоит отметить, что такой же комплекс успешно применяется в данных горно-геологических условиях при ведении очистных работ в лаве пласта 26а. Таблица 2 – Техническая характеристика механизированного комплекса КМ-138 и крепи 2М-138
3.1.1 Выбор типа и типоразмера механизированной крепи.Тип крепи выбирается, прежде всего, исходя из соответствия ее технической характеристики и области применения горно-технологическим условиям эксплуатации на проектируемых к отработке пласте, выемочном поле и участке с учетом вынимаемой мощности и угла падения пласта, его газоносности, обводненности, состава и свойств пород кровли и почвы пласта и др. Исходная геологическая информация по выемочному полю сопоставляется с возможной областью применения крепей по их техническим характеристикам и выбирается наиболее приемлемая из них. Механизированную крепь выбирается по функциональному назначению (поддерживающие, поддерживающе-оградительные, оградительно-поддерживающие и оградительные), по структурной схеме (комплектные и агрегатные) и по технологическим критериям (с фронтальным, последовательным или групповым перемещением секций). Условия применения механизированных крепей разделяются на три группы в зависимости от состава и свойств вмещающих пород, согласно ИГД им. А.А. Скочинского: I – благоприятные, в которых горно-геологические условия не накладывают никаких ограничений на применение механизированных комплексов; II – ограниченно благоприятные, в которых ряд горно-геологических факторов, таких как высокая (более 10 м/т) газоносность, приток воды в забое более 3 м3/т при слабой почве, незначительная тектоническая нарушенность пласта, труднообрушаемая кровля, оказывают отрицательное влияние на работу крепей, и производительность очистного забоя существенно снижается. При наличии таких условий следует указывать меры по частичному или полному устранению их вредного влияния. III – неблагоприятные, при которых горно-геологические условия требуют особых мероприятий по устранению вредно влияющих факторов, совершенствования существующих и применения новых комплексов с повышенной (до 1000-1600 кН/м) – несущей способностью. На многих пластах третьей группы ряд условий затрудняет или вообще исключают применение комплексов. К таким условиям относятся: - геологические нарушения, параллельные забою с амплитудой смещения, близкой мощности пласта или больше при расстоянии между нарушениями (частота повторений) не более 250-300 м; - весьма прочные труднообрушаемые кровли, зависающие на больших площадях с бурным проявлением вторичных осадок; - слабые размокаемые почвы со сложной гипсометрией, наличие пережимов в пласте от 0,5 м и более; - резкие изменения угла падения пласта, что не дает возможности стабильно выдерживать оптимальную длину очистного забоя на протяжении всей длины отрабатываемого столба; - проявление отжима угля от забоя на глубину более 0,5 м на пластах мощностью 1,8-2 м. Применение комплексов является экономически невыгодным, если длина выемочного столба на пластах мощностью до 1,5 м менее 1000-1500 м и менее 800-1000 м на пластах большей мощности. При выборе крепи на обводненных пластах необходимо обеспечить скорость подвигания очистных забоев не менее 3,5-5,0 м/сутки. Величина притока воды в очистные забои со слабыми глинистыми почвами не должна превышать 3,0-3,5 м3/ч, при прочных породах почвы – 7,5-8,0 м3/ч. При более высокой водообильности необходима разработка специальных мер по снижению водопритока. При выборе типа крепи для конкретных условий нужно установить класс устойчивости непосредственной кровли и тип основной кровли по нагрузочным свойствам. По устойчивости непосредственная кровля пласта делится на четыре типа: устойчивая, среднеустойчивая, неустойчивая, весьма неустойчивая. Эти данные принимаются из горно-геологических характеристик пласта. По нагрузочным свойствам основные кровли делятся на три типа: легкие, средние, тяжелые. Такое разделение осуществляется по величине отношения суммарной мощности слоев непосредственной кровли ННК различной устойчивости к вынимаемой мощности пласта МВ, исходя из следующих условий: - легкая по нагрузочным свойствам основная кровля: ННК/МВ (6 – 7); - средняя: (3 – 4) ННК/МВ (6 – 7); - тяжелая: ННК/МВ < (3 – 4). Больший предел отношения рекомендуется принимать при МВ < 1,3-1,5 м, меньший – приМВ> 1,3-1,5 м. По классу устойчивости непосредственной кровли и установленному типу основной кровли по нагрузочным свойствам выбирается требуемый тип или подтверждается надежность применяемой в данных условиях механизированной крепи.Типоразмер крепи для заданных условий определяется исходя из фактической мощности пласта с учетом ее изменений в пределах выемочного поля и величин опускания кровли над передней и задней гидростойками секции крепи и запаса их раздвижности. Определение минимальной и максимальной высоты крепи: Нmin= Мmin (1 – LЗ) – , Нmax = Mmax (1 – LП), где Нmin и Нmax– необходимая минимальная и максимальная конструктивная высота крепи, м; Мmin = 2,0 м и Mmax= 2,2 м– минимальная и максимальная мощность пласта в пределах выемочного столба (согласно геологическому прогнозу); – коэффициент сближения боковых пород (для Кузбасса и аналогичных ему бассейнов = 0,05 1/м); LЗ = 4,2 м и LП = 3,1 м – наибольшее расстояние задней и наименьшее передней стоек до забоя, м; – запас раздвижностигидростоек на разгрузку, для пластов мощностью более 1 м – не менее 0,05 м ( = 0,05 м). Нmin= 2(1 – 0,054,2) – 0,05 = 1,53 м, Нmax = 2,2(1 – 0,053,1) = 1,86 м. Полученные значения Нmin и Нmaxсопоставляются с конструктивными высотами рассматриваемых (принятых курсовым проектом) типоразмеров крепи Нk.min = 0,95 м и Нk.max = 1,995 м. При правильном выборе должны соблюдаться следующие условия:Нk.min Нmin; Нk.max Нmax. 0,95 1,53; 1,995 1,83. 3.1.2 Проверка крепи по допустимой скорости воздушной струиНа пластах с относительной газообильностью более 10 м3/т необходимо сделать проверку возможности принятого типа крепи обеспечить необходимое по условиям проветривания проходное сечение рабочего пространства лавы. Определение расчетной площади сечения рабочего пространства крепи: SР = (10QTKДqCH4/ 60Vд.maxКв.п.)Sф, QT= МrУVв.п., где М – мощность пласта, м; r – ширина захвата комбайна, м; У – плотность угля, т/м3; KД – коэффициент естественной дегазации пласта, KД = 0,65-0,75; qCH4–относительная газообильность пласта, м3/т (qCH4 = 14,3 м3/т); Vд.max – максимально допустимая скорость движения воздуха в очистном забое (Vд.max не более 4 м/с); – допустимая концентрация метана в исходящей струе ( = 1 %); Кв.п. – коэффициент, учитыавющий движение воздуха по выработанномупрстранству (Кв.п. = 1,1-1,5); Vв.п. – возможная скорость подачи комбайна, м/мин (Vв.п. = 5 м/мин); QT– теоретическая производительность комбайна, т/мин. QT= 2,10,81,35 = 10,9 т/мин, SР = 1010,90,7514,3/60411,1 = 4,4 м2. После расчета SР сопоставляем полученное значение с фактической площадью сечения рабочего пространства выбранной крепи Sф, величина которой приведена в таблице 2 (Sф = 5,5 м2). 4,4 5,5. Таким образом, выбранная крепь 2М-138 обеспечивает необходимое по условиям проветривания проходное сечение рабочего пространства лавы. 3.1.3 Выбор крепей сопряженияМеханизированные крепи сопряжения выбираются с учетом следующих основных требований: - наличие рабочего пролета по длине выработки для размещения приводной головки забойного конвейера и обеспечение его перемещения на расстояние не менее одного шага передвижки забойной крепи; - способность удержания приводной головки забойного конвейера от подъема, возможность смещения приводных головок вдоль лавы не менее чем на 0,5 м, их поворот в плоскости пласта в пределах 10; - сопротивление крепи должно быть в пределах 100-200 кН/м2 при высоте штрека меньшей мощности пласта, а при большей высоте – 250-300 кН/м2; - начальный распор должен быть не менее 50 % рабочего сопротивления, а давление на почву не более 0,5 МПа при слабых породах почвы и не более 2 МПа при крепких породах почвы. Для проектируемого выемочного участка принимаем механизированную крепь сопряжения МКСЮ, которая соответствует вышеизложенным требованиям, предъявляемым к крепям сопряжения, а так же данная крепь успешно применялась и применяется в настоящее время для крепления сопряжения лав, ведущих отработку пласта 26а на шахте «Большевик» Техническая характеристика, выбранной курсовым проектом типа механизированной крепи сопряжения, приведена в таблице 3. Таблица 3 – Техническая характеристика крепи сопряжения МКСЮ
3.1.4 Выбор типа выемочного комбайна и забойного конвейераЗадача выбора типа комбайна сводится к анализу соответствия конструкции и параметров этих комбайнов условиям применения их на данном пласте. Ширина захвата исполнительного органа комбайнов принимается: 0,8 м – на тонких пластах; 0,63 – на пластах мощностью более 2,5 м. На особенно газоносных пластах допускается ширина захвата 0,5 м. При отработке пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа, выемочный комбайн должен иметь уменьшенную ширину захвата. Для выемки угля в очистном забое курсовым проектом принимается комбайн 2ГШ68Б, который в данных горно-геологических условиях пласта 26а способен обеспечить максимальную производительность. Техническая характеристика очистного комбайна приведена в таблице 4. Таблица 4 – Техническая характеристика очистного комбайна 2ГШ68Б
Тип забойного конвейера обычно регламентируется в состав комплекта оборудования принятого механизированного комплекса (см. таблица 2). Чтобы осуществить транспорт угля в очистном забое, курсовым проектом принимается забойный скребковый конвейер «Анжера-30», который является наиболее подходящим для условий выемочного участка. Техническая характеристика выбранного забойного конвейера приведена ниже в таблице 5. Может оказаться, что принятый в комплекте тип конвейера не удовлетворяет конкретным условиям эксплуатации, поэтому всегда нужно делать проверку на соответствие его данным условиям и параметрам остального оборудования механизированного комплекса. Таблица 5 – Техническая характеристика скребкового конвейера «Анжера-30»
Необходимая производительность конвейера (Qk, т/час) должна быть не менее теоретической производительности выемочного комбайна Qт = 10,9 т/мин, которая предварительно принимается на уровне результатов последующих расчетов (п. 4.3.1.) или ориентировочно 3-5 т/мин. при работе на углях средней крепости (А = 100-120кН/м) и 4-7,5 т/мин при работе на мягких углях (А = 80 кН/м и ниже). Определение производительности конвейера, т/час: Qk = 60QмКкКнКуКг, где Qм – минутная машинная производительность комбайна, т/мин (  ); Кк – поправочный коэффициент, учитывающий снижение скорости отбора материала от выемочной машины при попутном движении комбайна и цепи конвейера: Кк = Vц/(Vц –Vк), Vц и Vк – скорости цепи конвейера и комбайна, м/с (  и  );Кн – коэффициент неравномерности загрузки желоба, Кн = 1,6; Ку = 1,5 – коэффициент, учитыавющий угол падения пласта и направление доставки по лаве; Кг – коэффициент снижения производительности вследствие отказов (Кг = 0,9). Кк =1/(1 – 0,1) = 1,1. Qk = 6051,111,61,50,9 = 719 т/час = 11,98 т/мин. Как показал расчет Qk, выбранный конвейер «Анжера-30» обеспечивает производительность, необходимую для транспорта всего отбитого комбайном 2ГШ68Б угля, так как выполняется условие, что QkQт (11,98 10,9). Определение возможной максимальной длины конвейера, м: Lk= P/1,12g0fcos + g(cos sin ), где Р – тяговое усилие привода, Н: Р = 102N/Vц, N – суммарная мощность двигателей конвейера, кВт (N = 480 кВт); – КПД привода ( = 0,9); g0 – масса 1 м тягового органа, кг (g0 = 50 кг); g– масса 1 пог. м транспортируемого материала, кг(  ); f – коэффициент сопротивления движению тягового органа (f = 0,8); – угол наклона конвейера, град. (  ); – коэффициент сопротивления движению угля ( = 0,5); – угол наклона конвейерного става, град ( = 11). Р = 1024800,9/1 = 44064 м, Lk= 44064/1,12500,8cos 11 + 150(0,5cos 11 + sin 11) = 221,6 м. Полученную длину конвейера допускается принимать на 20-25 % больше расчетной. Таким образом, возможная максимальная длина конвейера составляет 277 м. 3.2 Определение длины очистного забоя, проверка по фактору проветриванияДлина очистного забоя является одним из основных параметров системы разработки, влияющих на технико-экономические показатели работы не только выемочного участка, но и всей шахты. Длина очистных забоев, оборудованных механизированными комплексами, определяется в основном их конструктивными параметрами и строительной длиной поставляемого заводом-изготовителем механизированного комплекса (таблица 3). Однако во многих случаях оптимальная длина, зависящая от конкретных условий, не всегда совпадает с длиной комплексов в поставке. В ряде случаев целесообразно удлинить (реже сократить) механизированный комплекс на10-20 %. Это достигается путем установки дополнительных секций вплоть до применения в длинном забое спаренного комплекса. Определение ориентировочной длины очистного забоя при односторонней выемке: Lл = (Тсм– tп.з. – tкNц)Кк / (1/Vв.п. + 1/Vм + tзFZ + tв)Nц + Lн, где Тсм – продолжительность смены, мин (Тсм = 360 мин); tп.з. – время на подготовительно-заключительные операции tп.з.= 15 мин); tк – время на выполнение концевых операций (tк = 30 мин); Nц – количество циклов в смену (Nц = 2); Кк – коэффициент готовности комбайна (Кк = 0,85); Vв.п. – возможная скорость подачи комбайна в зависимости от энергозатрат на разрушение угля, м/мин (Vв.п. = 3,6 м/мин); Vм – маневровая скорость комбайна, м/мин (Vм = 6 м/мин); tз – время на замену одного зубка, мин (tз = 0,6 мин); F – площадь торца вынимаемой полосы, м2 (F = Mr = 2,10,8 = 1,68 м2); Z – расход зубков на 1 м3 отбитого угля, шт./м3 (Z = 0,06 шт./м3, увеличивается с ростом крепости и вязкости угля и наличия породных прослойков в пласте); tв – удельные затраты времени на вспомогательные операции на 1 м длины забоя, мин/м (tв = 0,06мин/м); Lн – суммарная длина ниш, м (Lн = 0). Lл = (360 – 15 – 302)0,85/(1/3,6 + 1/5 + 0,61,680,06 + 0,06)2 = 202,5 м.Таким образом, курсовым проектом принимается длина лавы Lл = 200 м. Проверка длины очистного забоя по газовому фактору: Lл.в. = 864SлVд.maxdKв.п. /( rMNцуКдqСН4), где Sл – площадь сечения забоя при минимальной ширине призабойного пространства, м2(Sл = 5,5 м2); Vд.max – допустимая по ПБ скорость движения воздуха по лаве (для механизированных комплексов – 4 м/с); d – допустимая по ПБ концентрация метана в исходящей струе (при обособленном проветривании не более 1 %); Kв.п. – коэффициент, учитывающий движение части воздуха по выработанному пространству (при управлении кровлей полным обрушением Kв.п. = 1,5); Nц – количество циклов в сутки (Nц = 2); Кд – коэффициент естественной дегазации пласта в период отсутствия работ по выемке угля (Кд = 0,7); qСН4 – относительное газовыделение пласта на 1 т суточной добычи, м3/т (qСН4 = 14,3 м3/т). Lл.в. = 8645,5411,5/(0,82,161,30,714,3) = 217,4 м. Таким образом, принятая длина очистного забоя проходит по газовому фактору. |