МЕТОДИЧЕСКИЕ

РЕКОМЕНДАЦИИ

расчета нагрузки на действующий очистной забой с буровзрывной выемкой угля из пластов крутого падения с обрушением и закладкой выработанного пространства

Прокопьевск 1979

МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР ТЕХНИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ УГОЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ (КузНИУИ)

УТВЕРЖДАЮ Директор института Н. С. Арсенов «_»__.1978    г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДА ЦИИ

расчета нагрузки на действующий чистной забой с буровзрывной выемкой угля из пластов крутого падения с обрушением и закладкой выработанного пространства

Прокопьевск 1979

ште подготовительно-заключительных, основных и вспомогательных операций, из продолжительности технологических перерывов, связанных с взрыванием и проветриванием очистного забоя, и из неустранимых потерь рабочего времени, вызывающих удлинение продолжительности цикла.

Удлинение продолжительности цикла происходит из-

за:

—    простоев отдельных горнорабочих сменного звена при невозможности совмещения операций — заряжания шпуров под входной под щит секцией (§ 151 ЕПБ при взрывных работах) и оборки откосов почвы и кровли опорных целиков угля под второй (со стороны завала) секцией щита — во времени с другими технологическими операциями;

—    выполнения работ, вызванных восстановлением производственного процесса выемки угля под щитовыми крепями.

Продолжительность выполнения подготовительно-заключительных операций слагается из затрат времени на осмотр рабочего места и приведение его в безопасное состояние, разборку и зачистку прохода, развешивание предохранительных решеток, подноску инструмента и приспособлений к рабочему месту после взрывных работ; переноску инструмента и приспособлений, осмотр рабочего места, выбор места начала выполнения операции при переходе работ под следующую секцию щитовой крепи; уборку инструмента и приспособлений, подъем предохранительных решеток над углеспускными печами, проверку целостности сруба и наличия угольных «подушек» в люках перед началом взрывных работ.

Продолжительность рабочего времени на выполнение основных и вспомогательных операций слагается из затрат на очистку входной сбойки от угля, подноску леса и установку стропил в забое арочного щита, оборку откосов почвы и кровли опорных целиков угля, разборку сруба в углеспускных печах, бурение и заряжание шпуров, подтягивание кабеля в процессе работы, смену коронок, подноску глины и изготовление пыжей.

Продолжительность технологических перерывов слагается из затрат рабочего времени на замер газа перед началом взрывных работ, проверку Целостности взрыв-

10

ной цепи, прокладку и подсоединение магистральных проводов к взрывной машинке, взрывание и проветривание, замер метана после проветривания забоя, проверку состояния забоя после взрывных работ, выдачу разрешения на производство работ со стороны мастера-взрывника на каждый прием взрывания.

Затраты рабочего времени, связанные с удлинением продолжительности цикла слагаются:

а) из простоев отдельных горнорабочих сменного звена в период заряжания шпуров (f_rp) под входной секцией щита и оборки откосов почвы и кровли опорных целиков угля (t'_n?) под второй (со стороны завала) секцией щита:

где Ч —численный состав сменного звена горнорабочих, чел.;

t з —затраты рабочего времени на участие в заряжании шпуров, приходящиеся на 1 т добычи угля, чел.'-мин/т;

А _сел—добыча угля из-под одной секции щита за цикл, т;

t _о6—затраты рабочего времени на оборку откосов почвы и кровли опорных целиков угля, приходящиеся на 1 т добычи угля, чел.-мин/т;

^раз—затраты рабочего времени на разборку сруба в углеспускных печах, приходящиеся на 1 т добычи угля, чел.-мин/т; б) из перерывов, связанных с •восстановлением производственного процесса выемки угля под щитовыми крепями,

п    п

(l+k₀)[l + (l-A_r     (1+ko),    (3.5)

где tпр-а—перерывы, связанные с восстановлением про-*

11

пзводствениого процесса, мин; it —количество i-x основных и вспомогательных операций, входящих в состав технологического цикла;

/ ,*    —    затраты    рабочего времени на выполнение

i-й основной или вспомогательной операции технологического цикла, приходящиеся на 1 т добычи угля, чел.-мин/т;

/г₀    —    коэффициент,    учитывающий    дополнительное

время на отдых в процессе выполнения i-x основных или вспомогательных операций; k _г — коэффициент готовности технологической схемы к выполнению основных и вспомогательных операций.

Продолжительность технологического цикла (Г_ц , мин) математически описывается выражением

п

(3.6)

где t_n.₃ — продолжительность подготовительно-заключительных операций на каждый прием взрывания, мин;

t _гп—продолжительность технологических перерывов, связанных с взрыванием и проветриванием забоя, мин; k — количество приемов взрывания за цикл.

Добыча угля из-под секции щита за цикл (Л_сек , т) определяется

А СОК - (^сск    уп^Т    Г■

Таким образом, после подстановки найденных значений (3.2), (3.5) и (3.6) в выражение (3.1) и необходимых преобразований получим математическое описание технологического процесса очистной выемки угля из-под арочных, эластичных и жестких щитовых крепей без скреперования угля вдоль очистного забоя

12

— ----,- (3.8)

+•/ cciJ :i —0+ ~2 Ьек    2)    (^Об+^раз)

Для обеспечения расчета нагрузки на. очистной за-

бой в первую очередь определяются значения параметров, входящих в формулу (3.8).

3.1.1.    Численный состав (Ч) сменного звена горнорабочих в очистных забоях со щитовыми крепями определяется состоянием возможности совмещения выполнения технологических операций производственного процесса во времени и пространстве.

В очистных забоях (арочные и эластичные щиты) на пластах мощностью 1,1—4 м, где все операции технологического процесса выполняются последовательно как во времени, так и в пространстве (не совмещаются из-за отсутствия свободного фронта работ по выполнению последующих операций), производительной работой могут быть заняты только два горнорабочих в смену {4 = 2 чел.).

В очистных забоях со щитовыми перекрытиями на пластах мощностью более 4 м, где структура технологического цикла подчиняе принципу параллельного движения выполнения технологических операций во времени и последовательного в пространстве, производительной работой могут быть заняты два—четыре горнорабочих очистного забоя в смену (4 = 2—4 чел.).

3.1.2.    Длина (/) очистного забоя определяется состоянием выемочного поля, ома может изменяться от 18 до 54 м.

3.1.3.    Продолжительность рабочей смены (Г_см ), ко

личество рабочих смен (ЛГ_СМ ) по добыче угля в течение суток, регламентированное время (t_:w) на личные надобности в течение рабочей смены, коэффициент (&₀)> учитывающий дополнительное время па отдых в процессе выполнения основных и вспомогательных операций, определяется утвержденным режимом работы шахты и регламентированным и государственными актами о труде и равны:    Г_си“360, 420 мин, t_u =10 мин,

1.3

N _сч —3_?4 смены, f_1H—10 мин, &о“0, при условии, ч40 продолжительность технологических перерывов, связан-иых с взрыванием и проветриванием очистного забоя в течение рабочей смены, перекрывает норматив (10%) необходимого дополнительного времени на отдых в процессе выполнения основных и вспомогательных операций.

3.1.4.    Длина секции щита (I _QK ) принимается равной расстоянию между углеспускными печами

= 6 или 8 м).

3.1.5.    Количество приемов взрывания (к) на цикл определяется технологией перемещения щитовых крепей по падению.

Перемещение арочных и эластичных щитов по падению на пластах мощностью 1,1—4 м осуществляется по схеме «канава, опорные целики». По данной схеме выемка горизонтального прохода и посадка крепи осуществляются за один прием взрывания (рис. 3.1, а), так как при выемке горизонтального прохода не представляется возможным сохранит!) опорные целики необходимых размеров., На пластах мощностью 4,1—8 м — по схеме «канава—опорные целики» или «канава, полка — опорные целики» за два приема взрывания (рис. 3.1, б; 3.1, в)_у а на пластах мощностью более 8 м — по схеме «канава, полка — полка — опорные целики» за три приема взрывания (рис. 3,1, г).

Поэтому количество приемов взрывания (k) на шаг перемещения щита за цикл принимается равным единице — для щптовьгх крепей на пластах мощностью до 4 м, двум — для щитовых крепей на пластах мощностью 4,1—8 м и трем — для щитовых крепей на пластах мощностью более 8 м.

3.1.6.    Продолжительность подготовительно-заключщ тельных операций (t_u3 , мни) на один прием взрывания определяется

*лз = *',п-Н"п₃,    (3.9)

где ^_|13—затраты рабочего времени, связанные с приведением забоя в безопасное состояние после каждого приема взрывания (осмотр рабочего места, очистка прохода, оборка нависших

14

t_np —затраты рабочего времени на: замер газа после взрывных работ п проветривание забоя, проверку состояния забоя после взрывных работ и выдачу разрешения на производство работ мастером-взрывником, мин (#„р = 5,0 [1]).

Затраты рабочего времени па проветривание забоя под арочными щитовыми крепями (?_Пр-,п*а, мин) равны затратам рабочего времени на выгрузку угля из печей, так как после взрывных работ под щитом остается только проход, необходимый для пропуска вентиляционной струп, п составляют

* ,,.-.=0,88/.    (3.12)

Затраты рабочего времени на проветривание очистных забоев (/, р мин) с эластичными и жесткими щитовыми крепями определяются из выражения [2]

где Z — коэффициент, учитывающий утечки воздуха (для щитовой системы разработки Z = 2);

!г _т — коэффициент турбулентной диффузии (k, -0,4);

Q_y4 — допустимое «пожаробезопасное» количество воздуха для проветривания очистных и подготовительных забоев в пределах выемочного поля, м³/мпн fQ = 500 [3]);

р,

-Q_rt-~ необходимое количество воздуха для провет-/ -1

рнвания подготовительных забоев в преде-

Р

лах выемочного ноля, м³/мин (²Q_n —126

/V. 1

[21);

Р.

у ч—утечки воздуха через щитовое перекрытие и

7=1

изолирующие сооружения (перемычки) по

L6

пожаробезопасным    условиям, м³/мин

(SQ_V14 = 13 [2]);

v,-l '

А — количество одновременно взрываемого ВВ,

КГ [1]

(А = 0,4/где или А = 1,75/);    (3.14)

V — объем подщитового пространства после взрывных работ, м³, определяется по формуле [4]

V=l

( 1,87/na—2,64а+393,4/п—554,4

/па

(3.15)

где а — угол падения пласта, град.

После подстановки найденных значений (3.12), (3.13) в выражение (3.11) получается математическое выражение продолжительности технологических перерывов, связанных с взрыванием и проветриванием щитовых забоев:

— для арочных щитовых забоев

*_т„-а = П+0,88/;    (3.16)

— для очистных забоев с эластичной и жесткой щитовой крепью

t m э-ж = 11+0,184/

V

Л 1,87

та—2,64а+393,4т—554~4

/па    /

(3.17)

3.1.9. При отработке пластов угля с применением щения щитовой крепи за цикл (г, м) равен 1,2 м, а на пластах мощностью более 4м — подчиняется математической зависимости

г = 2,02—0,08/и.    (3.18)

3.1.9. При отработке пластов угля с применением арочных щитовых крепей коэффициент извлечения запасов (с) по мощности пласта составляет 0,97, а с при-

менением эластичных п жестких Щитовых крепей он определяется [ 1 ] из выражения

0 05Q

с = 0,907+ —— .    (3.19)

т

3.1.10.    Затраты рабочего времени на выполнение

п

основных и вспомогательных операций (2 t_i ), на уча-

стие в заряжании шпуров (1_Л ), на оборку откосов почвы и кровли опорных целиков угля, на разборку срубав углеспускных печах, приходящиеся на 1 т добычи угля, принимаются из нормативных документов, разработанных нормативно-исследовательскими станциями производственных объединений.

3.1.11.    Коэффициент готовности (k_v ) технологической схемы к исполнению основных и вспомогательных операций принимается (по данным НИС) равным 0,95, плотность угля (?) — 1,3 т/м¹, площадь сечения углеспускных печей (S_y[l) для арочных щитов — 0,502 м², а для эластичных и жестких щитов —2,25 м¹.

%1 (Т_См 20) Л^гсм __

25,06/+132    п

9,072т—0,783 +¹ ’⁰⁵^ V ¹ ~^¹ сек 13

*    ’    I    ~    1

А

(3.20)

сут

Таким образом, после подстановки найденных значений в формулу (3,8) и выполнения необходимых преобразований получена расчетная модель технически возможной нагрузки на очистной забой с щитовыми крепями без скреперования угля вдоль забоя: а) на очистной забой с арочной щитовой крепью

б) на очистной забой с эластичными щитовыми крепями на пластах мощностью до 4 м (один прием взрывания на цикл)

2/ (Т_см —20) /У_см 137,5+14,57+2,208/ X

- + 1,05/2+ +/_сеь / з; /=1

(3.21)

та

_х |/ ( 1.87ma—2,64«+393,4т—554,4 |²

8,49т—3,51

18

в) на очистной забой с эластичными и жесткими щитовыми крепями на пластах мощностью 4,1—8 м (два приема взрывания на цикл)

,     ЩТ_Ы-    20)    N_eu    __ _

^сут~ 18/+5,5/^l/+132^l/+2,208/Vx

1 /1 l,87ma—2,64«+393,4m—564,4 \²

У V    та    /    ¹¹

14,482m—0,566m²—5,02

X----гт-77^- —    +1,05/ 2 t_r{-

О (3.22)

/■=1

+/сек*з (^-1) + -о*сек (^-2) (/о_б+/раз,)

г) на очистной забой с жесткими щитовыми крепями на пластах мощностью более 8 м (три приема взрывания на цикл)

,     ^(^Г£Щ-20)_ЛГсм    __

^Л сут    271+8,2514+198^+3,312/У ;<

+ 1,05/2 /

г - -1

I

I

\/ ( 1,87ma—2,64а+393,4т—554,4 \2 '    \    та

^Х    14,482т—0,566т*—5,02 ¹

Методические рекомендации разработаны в соответствии с решением координационно-методического совещания, состоявшегося в ИГД им. А. А. Скочннского по вопросам разработки и обновления норм и нормативов по технике, технологии, организации производства и определению потребности в оборудовании 14—16 февраля \т г.

В работе изложены методы расчета нагрузки на очистной забой с буровзрывной выемкой угля из пластов крутого падения с применением различных систем разработки как с обрушением, так и с закладкой выработанного пространства.

Рекомендации предназначены для инженерно-технических работников шахт и производственных объединений и используются при решении практических задач выбора рациональных параметров и численности сменного звена горнорабочих очистного забоя; для проектно-конструкторских организаций, занимающихся составлением проектов подготовки новых горизонтов и отдельных участков на действующих шахтах; для нормативно-исследовательских станций, разрабатывающих научную организацию производства и технически обоснованные нормы выработки; для на₍учно-иеследо-вательских институтов, занимающихся разработкой нормативов нагрузки на действующий очистной забой и рациональной концентрации горных работ.

Методические рекомендации составлены инж. Голобоковым В. Д.

КС. Расчет, нагрузка, система разработки, крутое падение пластов, выбор параметров.

© Всесоюзный научно-исследовательский и проектноконструкторский угольный институт (КузНИУИ), 1979 г.

подвес-пого полка скреперной лебедки, скрепера п элементов подвески (рис. 3,5).

Технически возможная среднесуточная нагрузка (/1_сут, т/сут) па очистной забой со скреперованием угля вдоль очистного забоя определяется из выражения

Л\,_ут=-^^(Г>у7^-Т2. Л'_н ,    (3.24)

¹ И

где А'_ц —добыча угля с цикла из очистного забоя со скреперованием его вдоль очистного забоя,т;

Г_ц — продолжительность цикла при добыче угля в очистном забое со скреперованием, мин. Добыча угля (Л'_ц , т) с цикла определяется (рис. 3.5) не только параметрами забоя, но и количеством углеспускных печей в пределах выемочного столба

Л'_ц = (1тс—n_nS _уи)-;г,    (3.25)

где п_п —количество углеспускных печей в пределах выемочного столба.

Для щитовых крепей со скреперованием угля вдоль забоя так же, как и для щитовых крепей без скреперования угля вдоль забоя, характерна повторяемость операций технологического цикла после каждого приема взрывания, однако она имеет свои особенности;

— после посадки щитовой крепи вынимается канава на всю длину очистного забоя, без оставления «гребешков» между щитовыми секциями, глубиной и шириной по основанию 1,8. Канава сохраняется прямолинейной с ровным дном. Затем, за второй прием взрывания производится расширение канавы по основанию до 2,0— 2,2 м и по высоте до 2,4—2,6 м и за третий прием взрывания вынимаются оставшиеся опорные целики угля по высоте на 1 м (рис. 3.5). Это вызвано тем, что шаг посадки щита при переходе из одного рабочего положения в другое определяется вместимостью канавы, способной аккумулировать только определенный объем взорванного угля, и безопасными условиями ведения горных работ (наличием необходимого свободного сечения под щитом для проветривания забоя после взрывных работ и свободного прохода для горнорабочих к рабочему месту);

20

1. ВВЕДЕНИЕ

«Методические рекомендации...» основаны на математическом выражении буровзрывной выемки угля из пластов крутого падения, разработанной с учетом рациональной структуры технологического цикла, особенностей применяемых систем разработки и их разновидностей, прогрессивной организации производства в очистном забое.

При разработке методов расчета нагрузки на очистной забой учтен комплекс технологических и основных горно-геологических факторов:    технологических    схем

выемки опорных целиков угля в очистном забое в зависимости от применяемых систем разработки; конструкций щитовых крепей; количества и расстояния между углеспускными печами в пределах выемочного столба; вида крепи и площади сечения угле.спускных печей; шага подвигания забоя за цикл; площади обнажения кровли, равной произведению длины лавы на шаг посадки кровли; количества взрываний на шаг подвигания забоя за цикл; коэффициента извлечения запасов угл’я по мощности пласта; мощности и угла падения пласта; длины очистного забоя; продолжительности рабочей смены и количества рабочих смен по добыче угля в течение суток; продолжительности подготовительно-заключительных операций и технологических перерывов на одно взрывание; численного состава сменного звена горнорабочих и т. п., которые взаимоувязаны и представляют единый технологический процесс «очистные работы» с буровзрывной выемкой угля из пластов крутого падения.

где Г_гм— продолжительность рабочей смены, мин;

ЛГ_СМ— количество рабочих смен по добыче угля в течение суток; t_n — подготовительно-заключительные операции, не зависящие от объема, мин; t_т — регламентированное время на личные надобности в течение рабочей смены, мин;

Г_п — продолжительность цикла, мин;

А _ц — добыча угля с цикла, т; определяется технологическими схемами подготовки, параметрами щитовой крепи (рис. 3.1,. 3.2, 3.3), шагом подвигания забоя и математически описывается выражением

А -г Т (/секmc—S _уп),    (3.2)

^ сек

где I —длина щитовой крепи (забоя), м;

/сек— длина секции по простиранию пласта, м; г —шаг перемещения щитовой крепи за цикл,м; 7    — плотность угля, т/м³;

пг —мощность пласта, м;

с —коэффициент извлечения запасов угля по мощности пласта;

S_yn—площадь сечения углеспускной печи, м².

Перемещение щитовых крепей за цикл (рис. 3.4) осуществляется путем выемки опорных целиков угля за один-три приема взрывания.

Выемка угля за каждый прием взрывания начинается от входной сбойки в направлении к печи № 1 (первой от выработанного пространства) с приведения забоя в безопасное состояние, а затем ведется оборка откосов почвы и кровли опорных целиков угля.

При этом для щитовых крепей с двумя или тремя приемами взрывания на цикл одновременная оборка откосов почвы и кровли опорных целиков угля может производиться только под второй от завала и ходовой печами. В других случаях одновременная оборка откосов почвы и кровли опорных целиков недопустима из-за отсутствия запасного входа, наличия максимальной концентрации напряжений в зоне опорного давления (10—15 м от завала), наибольшего отжима угля на участке 6—8 м от выработанного пространства и нало-

жения концентрации напряжений от завала и действующего очистного забоя. По этой же причине бурение шпуров под щитовыми крепями при двух н более приемах взрывания на цикл начинается только после того, как под второй секцией крепи будет закончена работа по оборке откосов почвы и кровли опорных целиков угля и она будет полностью «посажена» на опорные целики. Заряжание шпуров производится с отставанием от бурения на 6—8 м.

Но независимо от этого в процессе выполнения основных и вспомогательных операций возникают кратковременные перерывы из-за посещения рабочих мест лицами администрации шахты, участкового и вентиляционного надзора, горнотехнической инспекции п из-за мелких аварийных ситуаций, ликвидация которых требует дополнительных затрат рабочего времени.

Следовательно, длительность технологического цикла слагается из затрат рабочего времени на выполне-

9

1

   1)    "Н 2 * сек    2)    (^ об “Ь^ раз J

(3.23)

3.2. Расчет нагрузки на очистной забой с щитовыми крепями со скреперованием угля вдоль очистного забоя

При отработке пластов мощностью 5—10 м с коэффициентом крепости угля 0,7 по шкале проф. М. М, Протодьяконова применяется щитовая система разработки со скреперованием угля вдоль очистного забоя на две-три фланговые печи. Для доставки угля из забоя применяется скреперная установка УСЩ, состоящая из

19