7. Определение основных параметров системы разработки. Расчет нагрузки на очистной забой и обоснование длины лавы

К основным параметрам, характеризующим систему разработки, относят длину очистного забоя, длину столба (выемочного поля), размеры охранных целиков, разделяющих выемочные выработки, а также нагрузку на очистной забой.

Длину очистного забоя (лавы) принимают исходя из длины в поставке комплекта механизированного очистного комплекса или на основании расчета. В глубоких шахтах длину очистного забоя проверяют по условию передачи тепла от горных пород и угля шахтному воздуху. В конечном счете принимают наименьшую длину забоя из сравниваемых значений.

Выбранную длину очистного забоя на каждом пласте согласовывают с общей линией действующих на шахте очистных забоев. При выборе оптимальной длины лавы, в основном ориентируются на максимальную нагрузку на забой и прогрессивные технологические схемы разработки пластов на угольных шахтах и рекомендации бассейно­вых научно-исследовательских угольных институтов.

Длину выемочного поля при делении этажа на два подэтажа и столбовой системе разработки, этажной подготовке и группировании крутых пластов, а также размер панели по про­стиранию определяют исходя из минимизации объемов подготавливающих и выемочных выработок.

Ширину целиков, оставляемых между выработками, обычно принимают исходя из следующих требований. Ширина целиков, оставляемых между панельными наклонными выработками не должна превышать 30м, ширина целиков, предназначенных для охраны панельных бремсбергов (уклонов) со стороны выработанного пространства 40м, ширина околоштрековых целиков в пределах этажа 15-25м, ширина целиков между длинными столбами, расположенными по падению, на пластах с углами падения до 12⁰ в пределах 5 - 15м; ширина целиков между полосами, расположенными по падению, при щитовой выемке крутых мощных пластов принимается равной 10-20м.

Нагрузка на очистной забой – количество полезного ископаемого добываемого при одном работающем очистном забое, является производной величиной от длины лавы при прочих одинаковых условиях. Длина лавы является одним из основных параметров системы разработки, влияющим на технико-экономические показатели работы не только участка, но и всей шахты. Так, от длины лавы зависят удельная протяженность (на 1000т добычи) проводимых подготовительных выработок и нагрузка на забой, транспортную выработку, пласт, увеличивается концентрация горного производства и т.д. Однако чрезмерное увеличение длины лавы вызывает ряд технических и организационных затруднений в доставке материалов и оборудования, в передвижении по лаве рабочих, особенно при небольшой мощности пласта.

Чрезмерно короткие лавы приводят к увеличению себестоимости 1т угля за счет роста расхода на работы вне лавы: проведение и поддержание выемочных штреков, транспортировка угля по выработкам и т.д. Однако при применении современных механизированных комплексов длина лавы часто предопределяется его конструктивной длиной, поэтому важно определять на­грузку на очистной забой как производную величину от длины лавы.

Рациональную длину лавы для различных горно-геологических условий и средств механизации рассчитывают по технологическим и организационным факторам и проверяют по фактору проветривания. Для комплексно-механизированных очистных лав длину рассчитывают:

где n_с - количество смен по добыче в сутки; Т – длительность смены, мин.; Т_пз – время на подготовительно-заключительные операции в смену, мин.; Т_пз = 15-20мин.; Т_п – время учитываемых технологических перерывов в смену, Т_п = 20-30мин.; Т_о – время на отдых, Т_о = 15-20 мин.; К_ц - коэффициент надежности технологической схемы участка; V_р - рабочая скорость подачи комбайна, принимается в соответствии с табл. 1; t_в – время на вспомогательные операции по длине лавы, t_в = 0,1 мин/м; n_ц - количество циклов выемки в течение суток. Коэффициент надежности технологической схемы определяется по формуле

Коэффициент надежности технологической схемы определяется по формуле:

где коэффициенты надежности технического оборудования: К_к - - коэффициент готовности комбайна; К_кр - коэффициент готовности механизированной крепи; К_з.к - коэффициент готовности забойного конвейера; К_к.с - коэффициент готовности крепи сопряжения; К_л.к - коэффициент готовности ленточного конвейера; n_к - число конвейеров, установленных в транспортной выемочной выработке.

Коэффициенты надежности технического оборудования изменяются в пределах 0,85-0,9.

Длина очистного забоя проверяется по фактору проветривания в соответствии с зависимостью

,м

где S_с - проходная площадь сечения для струи воздуха, м²; v_в - допустимая по ПБ скорость движения воздуха по лаве, м/с; d - допустимая по ПБ концентрация метана на исходящей струе лавы, % (1%); К_в - коэффициент, учитывающий движение воздуха по выработанному пространству за крепью выработки (при управлении кровлей полным обрушением принимается равным 1,2-1,4); q_л - метановыделение из лавы в исходящую струю воздуха, м³/т суточной добычи; δ - коэффициент, учитывающий предварительную дегазацию пласта; К_е - коэффициент, учитывающий естественную дегазацию пласта и других источников выделения метана в период отсутствия добычных работ (для столбовых систем разработки при управлении кровлей полным обрушением принимается равным 0,8 - 1,2); n_ц - количество циклов в смену; r - ширина захвата рабочего органа комбайна, м; m - мощность пласта, м; γ - плотность угля, т/м³.

Площадь сечения лавы, свободная для прохода воздуха, при применении механизированных крепей определяется по формулам из табл.1.

Для расчета нагрузки на комплексно-механизированный очистной забой в табл.1 приведены характеристики оборудования комплексов, которое может быть использовано на выемочном участке в зависимости от конкретных горно-геологических условий.

Нагрузка на очистной забой определяется в соответствии с принятой длиной:

, т/сут.

где С - коэффициент извлечения угля в лаве, С = 0,95-0,98.

Среднюю нагрузку на лаву увязывают со скоростью крепления очистного забоя и пропускной способностью доставочных средств. В газовых шахтах нагрузку проверяют по газовому фактору, определяя максимально возможную нагрузку при данном уровне метановыделения.

В проекте принимается меньшее из полученных значений. В случае, если длина лавы получена меньше, чем стандартная длина принятого компании, необходимо предпринять меры для доведения длины до оптимального значения. Это, в первую очередь, искусственная дегазация пласта и вмещающих пород и выработанных пространств. Дегазация - это комплекс технологических процессов, направленных на предотвращение выделения метана в атмосферу горных выработок путем его извлечения, улавливания и изолированного отвода по трубам шахтной дегазационной системы, связывание и нейтрализации метана в угленосной толще.

По выбранной нагрузке на очистной забой (лаву) и принятой длине лавы находят необходимое число выемочных циклов (полос) в сутки по формуле

где m_в - вынимаемая мощность пласта, м, l - ширина вынимаемой полосы угля за один цикл, м; - плотность угля, т/м³, С – коэффициент извлечения угля.

Таблица 1.