ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО.

Добыча полезного ископаемого на горнодобывающем предприятии складывается из нескольких взаимосвязанных главных и вспомогательных процессов, последовательность выполнения которых представляет собой технологическую схему производственных процессов шахты или рудника.

Первым уровнем процессов является выемочное поле, в пределах которого выполняются очистные работы, включающие выемку полезного ископаемого, транспортирование, крепление и управление кровлей, и процессы обеспечения очистных работ: проведение подготовительных выработок, транспортирование в выемочном поле, поддержание выработок, проветривание, дегазация, осушение. На втором уровне – в магистральных выработках, околоствольных дворах, в стволах – осуществляются процессы транспортирования, проветривания, водоотлива, ремонта выработок, подъема. Третьим уровнем процессов является поверхность шахты. Главными процессами на поверхности шахты является транспортирование угля и породы, погрузка угля в вагоны и процессы на складах. Для понимания технологии горного производства весьма важно изучение производственных процессов на первом уровне – в пределах выемочного поля.

Разрушение угля в процессе выемки производится различными способами в зависимости от вида энергии и способа ее приложения. Наибольшее распространение получил механический способ разрушения, осуществляемый исполнительными органами горных машин посредством резцов, шарошек, коронок и др. Из других способов разрушения при выемке угля применяются следующие: при помощи буровзрывных работ; гидравлический, когда разрушение происходит под действием струи воды высокого давления; геотехнологические способы, в первую очередь подземная газификация углей. Выбор способа выемки зависит прежде всего от свойств и состояния пласта угля и окружающих пород, наличия технических средств, требований к качеству угля, а также затрат на выемку.

Процесс выемки включает в себя разрушения пласта и погрузку отбитого угля. Оба процесса могут выполняться либо одной, либо несколькими машинами, одновременно или последовательно в зависимости от технологии ведения работ и горно-геологических условий. Так, на крутых пластах отсутствует необходимость в погрузке, и выемка заключается лишь в разрушении угля. При гидравлическом способе добычи погрузка заменяется гидросмывом угля.

Механический способвыемки осуществляется с помощью комбайнов и стругов, реже выемочных агрегатов, врубовых машин, бурошнековых установок и др.

Разрушение полосы угольного пласта может осуществляться одновременно по всей длине очистного забоя (фронтальная выемка) или же в одной точке, перемещающейся вдоль линии очистного забоя (фланговая выемка), Исполнительные органы выемочных агрегатов по схеме отработки забоя являются фронтальными, остальные горные машины - фланговыми. По ширине полосы, разрушаемой за один проход выемочной машины, различают узкозахватную (до 1 м) и широкозахватную комбайновую выемку (более 1 м). При струговой выемке ширина полосы составляет 0,1-0,2 м.

Очистные комбайны, работающие по фланговой схеме, могут быть разделены на два типа: одностороннего действия с холостым перегоном после выемки полосы угля и челноковые, производящие выемку в обоих направлениях.

При челноковой схеме работы комбайн в концевых участках лавы перемещается в заранее подготовленную нишу или самозарубывается на ширину захвата, а затем перемещается вдоль лавы, вынимая новую полосу угля. Челноковая схема работы комбайна улучшает использование комбайна во времени, но имеет следующие недостатки: значительная часть угля грузится вручную, особенно при наличии отжима угля от забоя; проникновение обрушенных пород в призабойное пространство; зависимость скорости выемки угля комбайном от скорости выполнения работ по оформлению забоя и зачистке лавы.

При односторонней схеме выемка угля осуществляется только в одном направлении, а при движении в обратном направлении наваливается на конвейере весь расположенный на почве уголь. Вслед за комбайном проводится оформление забоя и незначительная зачистка. Поэтому хотя при прочих равных условиях комбайн при односторонней схеме выемке используется хуже и происходит дополнительное измельчение угля при его навалке при холостом ходе комбайна, за счет снижения трудоемкости ручных работ при зачистке и большей комфортности работы шахтеров в лаве (на не запыленной струе) односторонние схемы часто оказываются конкурентоспособными.

Наиболее полная механизация выемки и погрузки угля, особенно на тонких пластах, достигается при струговой выемке. Струговая установка состоит из струга с лемехом для погрузки отбитого угля, конвейера (струг работает с рамы конвейера) и домкратов передвижения. Струг в отличие от комбайна не режет уголь, а скалывает его. Обычно струг отрабатывает лишь нижнюю часть пласта, а верхняя часть самообрушается. Такой характер разрушения угля приводит к увеличению его сортности.

Угольные струги разделяют по конструкции статического и динамического (активного) действия. Наиболее распространены струги статического действия, при работе которых уголь оказывается только под действием усилий, передаваемых на струг тяговой цепью. У стругов динамического действия скалывающий нож приводится в движении встроенным в тело струга приводом. При рабочем ходе струга вдоль лавы, ему сообщаются колебательные движения (вибрационный струг) или же передаются ударные нагрузки (ударный струг), что способствует интенсивному разрушению углей, в том числе и весьма крепких и вязких. Применение стругов ограничивается, главным образом, величиной сопротивляемости угля резанию. Для эффективной работы стругов требуется наличие отжима угля, спокойная гипсометрия пласта и не ниже средней устойчивости боковых пород.

Большие перспективы имеет гидравлическая выемка угля, при которой уголь в массиве разрушается струей воды, выбрасываемой со скоростью 40-50м/с из гидромонитора под давлением 4-10МПа. Частицы разрушенного угля, смешиваясь с водой, образуют гидросмесь – пульпу, поступающую самотеком в зумпф углесоса, перекачивающего ее на поверхность.

Известны также механогидравлический и взрывогидравлический способы (комбинированная выемка), при которых уголь отделяется от массива одним из механических способов или с помощью буровзрывных работ, а его транспортирование осуществляется струей воды. При гидромеханическом способе разрушения уголь отделяется от массива гидравлическим или комбинированным способом, а погрузка и транспортирование осуществляются механическими средствами.

При разработке рудных месторождений наибольшее распространение получила буровзрывная выемка. При разработке угольных месторождений буровзрывные работы в основном используются при разработке мощных крутых или наклонно залегающих пластов, или при проведении вскрывающих и подготовительно-нарезных выработок. Буровзрывные работы – совокупность взрывания и подготовительного к нему бурения шпуров и скважин при добывании полезных ископаемых, при проведении горных выработок, строительстве сооружений в крепких горных породах.

При взрывной отбойке заряды ВВ могут размещаться в шпурах (шпуровая отбойка), скважинах (скважинная отбойка), подготовительно-нарезных выработках (минная отбойка, или отбойка сосредоточенными зарядами).

Главная особенность отбойки шпурами при очистной выемке, по сравнению с проведением выработок, состоит в том, что забой обычно имеет минимум две обнаженные плоскости: одну со стороны, с которой выбуривают шпуры, и другую, на которую производится отбойка (шпуры бурятся параллельно ей). При слоевой выемке шпуры могут иметь горизонтальное или вертикальное направление. При подэтажной отбойке шпуры могут располагаться вертикально или наклонно вверх по параллельной схеме или реже веерной.

Схемы отбойки руды шпурами: а – нисходящая слоевая выемка с отбойкой горизонтальными шпурами; б – то же, вертикальными шпурами; в – восходящая слоевая выемка с отбойкой горизонтальными шпурами; г – то же, вертикальными; д – потолкоуступная выемка; е – подэтажная отбойка

 

Скважинами обычно отбивают руду послойно, причем скважины располагают в этом случае параллельно поверхности массива, на которую производится отбойка. Эта поверхность может граничить со значительным свободным пространством (отбойка на свободное пространство) или с раздробленной на куски горной массой (отбойка в зажиме).

Схемы отбойки скважинами: а – на открытое пространство; в – в зажиме

 

Минная отбойка – это отбойка сосредоточенными зарядами большого веса, размещаемыми в специально проходимых для этой цели, или имеющихся выработках Минная отбойка производится как на свободное пространство, так и на обрушенную ранее горную массу (в зажиме) При минной отбойке руда отбивается вертикальными или горизонтальными слоями. Основные схемы минной отбойки; с минными карманами и забутовкой; без минных карманов и забутовки.

Схемы минной отбойки: а – с минными карманами; б – без минных карманов; 1 – минный орт сечением 1,5 ´ 1,8 м; 2 – минные карманы сечением 1,2 ´ 1,8 м; минные колодцы глубиной около 0,5 м ; 4 – забутовка рудной мелочью.