Технология добычи угля

Промышленные месторождения угля залегают пластами между так называемыми пустыми породами.

Пласты располагаются под различными углами к горизонту. Угол, образованный плоскостью пласта с горизонтальной плоскостью, называется углом падения. По углу падения различают 3 группы пластов: пологие - с углом падения от 0 до 25°; наклонные - от 25 до 45°; крутые - с углом падения от 45 до 90°.

В зависимости от угла падения пласта избирается способ перемещения полезного ископаемого.

Пласты по мощности (толщина по нормали) делятся на 4 группы: весьма тонкие - мощностью до 0,5 м, тонкие - от 0,5 до 1,3 м, средней мощности от 1,3 до 3,5 м и мощные - от 3,5 м и выше. Мощность пласта и его угол падения определяют способ разработки, степень механизации процесса добычи и, следовательно, непосредственно сказываются на условиях труда.

Совокупность горных выработок (вертикальных, горизонтальных, наклонных) и технических подземных и надземных сооружений, предназначенных для добывания угля подземным способом, именуется шахтой, а при добывании руды - рудником.

Различают следующие группы подземных выработок.

1. Выработки, имеющие непосредственный выход на земную поверхность. К ним относятся: стволы, шурфы, скважины и штольни.

2. Выработки, не имеющие непосредственного выхода на поверхность. К ним относятся: гезенки, квершлаги, штреки, бремсберги.

3. К очистным выработкам относятся забои. Забоем называется место выемки угля или породы.

4. Служебные камеры и околоствольные дворы. К числу служебных камер относятся: насосная и машинная камеры, диспетчерская, камера ожидания, медпункт, электровозное депо, камера для противопожарного поезда и др. Совокупность всех выработок около стволов, предназначенных для обслуживания подземного хозяйства, называется околоствольным (или рудничным) двором.

Все необходимые машины, материалы, оборудование и т. п., необходимые для организации механизированной добычи угля и его транспортировки, поступают через рудничный двор.

Надземные шахтные сооружения включают надствольные здания (копры), здания машинного подъема, бункерной эстакады, компрессорной, электрической подстанции, главных вентиляторов, котельной, административно-бытового комбината и др.

Подземная выработка месторождений угля начинается со вскрытия месторождения. С этой целью по пустым породам проводят так называемые капитальные выработки, обеспечивающие доступ к угольному пласту. После вскрытия месторождения проводят выработки по полезному ископаемому с целью подготовки его к очистной выемке. Эти работы и соответственно выработки носят название подготовительных. Вслед за подготовительными работами приступают к очистным работам, т. е. к выемке угля.

Работы по выемке угля в очистном забое состоят из определенных операций: зарубки, отбойки и навала, транспортировки из очистного пространства, крепления призабойного пространства.

В настоящее время горные машины и механизмы в значительной степени облегчили работу шахтеров и сделали ее во много раз более производительной.

Очистные работы являются одними из главных в горной технологии. К ним относятся: выемка (отбойка) угля, погрузка (навалка) его на конвейер и транспортировка вдоль лавы на штрек, крепление призабойного пространства и управление кровлей.

В нашей стране применяется 4 способа извлечения угля: ручной, буровзрывной, гидравлический и механический.

Ручной способ с использованием отбойных пневматических молотков находит ограниченное применение и сейчас он интенсивно заменяется механическим. Буровзрывной способ применяется для разработки крутых и наклонных мощных пластов с устойчивыми боковыми породами, преимущественно в Кузнецком, Печорском и Кизеловском угольном бассейнах.

Гидравлический способ выемки угля является принципиально новым технологическим направлением в угледобывающей промышленности. В качестве оборудования при гидродобыче применяются гидромониторы и насосы. Применяются следующие способы гидравлической выемки: взрывогидравлический, гидравлический, бурогидравлический. При взрывогидравлическом способе добыча угля осуществляется буровзрывным способом, а смыв горной массы в забое производится струей воды под давлением 25 - 40 атм с последующей гидротранспортировкой ее на поверхность.

При механогидравлической выемке зарубка и отбойка угля производится комбайнами с одновременным смывом угля струей воды под давлением 2 - 6 атм. При гидравлической выемке процессы зарубки, отбойки и смыва осуществляются струей воды под давлением 85 - 90 атм. Перемещение угля и породы к шахтному стволу и доставка его на поверхность производятся гидротранспортом.

Применение гидромеханизации способствует значительному повышению производительности и безопасности труда, однако он еще не получил широкого распространения отчасти из-за того, что его применению препятствуют некоторые горно-геологические и климатические условия.

Механизированный способ извлечения угля является основным при угледобыче. Осуществляется он врубовыми машинами, комбайнами, комплексами и агрегатами с передвижной механизированной крепью.

Врубовые машины механизируют только процесс подрубки угольных пластов для последующей выемки угля буровзрывным способом. Погрузка угля на конвейер производится вручную, поэтому врубовые машины в ограниченном количестве применяются лишь на пластах со сложными горногеологическими условиями, где комбайны и комплексы не могут пока применяться.

Угольные добычные комбайны представляют собой комбинированные горные машины, выполняющие одновременно операции по разрушению полезного ископаемого, его дроблению, а также погрузки на скребковые конвейеры. По ширине рабочего органа различают широкозахватные (свыше 1 м) и узкозахватные (до 1 м) комбайны.

Более половины всего угля добывается с помощью угледобычных механизированных комплексов непрерывного действия, которые состоят из узкозахватного комбайна, гидрофицированной, автоматически передвигающейся крепи, скребкового передвижного конвейера, гидро - и электрооборудования.

Благодаря внедрению этих комплексов удалось механизировать все процессы угледобычи (выемку, погрузку и доставку угля, передвижку - забойного конвейера, крепление и управление кровлей). На шахтах страны применяется несколько типов комплексов, предназначенных для работы в различных горно-геологических условиях («Донбасс» КМ-87Э, КМ-81В, КМ-120, К-1МКС и др.).

Решается задача широкого внедрения освоенных в производстве комплексов повышенного технологического уровня: КМ-103 и КД-80 для тонких пологих пластов; КТМТ, ОКП-70 и УКП для пологих пластов средней мощности; агрегатов АК-3 для крутых пластов.

Для безлюдной выемки угля разработаны машины типа КМД, БУГ.

На тонких крутопадающих пластах успешно применяются щитовые агрегаты.

Кроме того, выемка угля в лавах осуществляется струговыми установками, обеспечивающими полную механизацию всего процесса угледобычи.

Традиционный буровзрывной способ добычи угля в настоящее время все более механизируется, в частности, широко используются машины для механической погрузки разрыхленной массы.