Первым уровнем является выемочное поле, главными процессами

Предисловие

 

В «Основных направлениях развития народного хозяйства СССР на 1976—1980 годы» намечено увеличение добычи угля в 1980 г. до 790—810 млн. т. Для ускорения темпов роста добычи и дальней­шего повышения эффективности работы угольной промышленности предусмотрены широкие масштабы совершенствования техники и тех­нологии ведения работ. Решение этих задач в значительной степени зависит от качества подготовки кадров.

В целях совершенствования программы обучения в горных вузах Министерством высшего и среднего специального образования СССР утвержден новый учебный план специальности 0202, в который, в частности, включен курс «Процессы подземных горных работ». Изучение этого курса должно вооружить студентов научно обосно­ванными методами ведения производственных процессов как в от­дельных звеньях технологической схемы шахты, так и в их сово­купности. Методы эти рассматриваются в зависимости от горно-гео­логических, горнотехнических и социально-экономических факторов.

В результате быстрого развития техники и в связи с разнообра­зием горно-геологических условий залегания угольных пластов разработано большое число способов и схем выполнения как отдельных процессов, так и их совокупности, причем технологические схемы все время совершенствуются, менее эффективные заменяются более эффективными. В связи с этим авторы стремились изложить в учебнике основы, которые являются относительно стабильными и изменяются в меньшей степени, чем техника выполнения отдель­ных процессов и операций.

При работе над курсом авторы считали, что основной особен­ностью процессов подземных горных работ является их неразрывная связь со свойствами объекта (угольного пласта), а также окружающих его пород. Поэтому технологические процессы рассматриваются в связи и во взаимодействии с окружающими породами.

В отличие от учебника «Технология, механизация и автоматиза­ция производственных процессов подземных разработок», изданного в 1968 г., в данном учебнике излагаются лишь основные технологи­ческие характеристики горных машин, так как изучение конструкций машин и приемов их обслуживания и управления ими предусмотрено специальными дисциплинами.

При рассмотрении отдельных процесов и технологических схем сделана попытка систематизировать их и показать их взаимосвязь. Авторы стремились изложить научные и методические принципы выполнения процессов и иллюстрировать их конкретными приме­рами работы, дать способы расчета рациональных параметров для конкретных горно-геологических условий с учетом надежности процессов, а также осветить способы проектирования процессов и определения их экономической эффективности.

В подготовке рукописи и подборе материалов большую помощь авторам оказали кандидаты техн. наук Б. Д. Терентьев, М. Г. Котов, А. И. Шарков, Е. В. Шибаев.

Авторы искренне признательны рецензентам профессорам докто­рам технических наук С. С. Квону и В. А. Мичкову и всем специа­листам, высказавшим свои замечания, при просмотре рукописи.

I. Современное состояние и пути совершенствования технологии подземной добычи угля

 

Общие положения

 

Под технологией добычи угля понимается совокуп­ность производственных процессов, осуществляемых в определенной последовательности в пространстве и времени с целью получения готовой продукции.

Процесс труда, имеющий определенное технологическое и орга­низационное содержание, направленный на создание конкретных материальных благ и характеризующийся постоянством главного предмета труда, называется производственным процессом.

Производственный процесс представляет собой совокупность рабочих процессов.

Рабочий процесс — четко очерченная и отличающаяся по своей организационной структуре и технологическому содержанию часть работы (например, возведение призабойной крепи). Рабочие процессы, в свою очередь, делятся на операции.

Операция — совокупность рабочих действий (приемов), ха­рактеризующаяся однородностью технологического содержания, единством и неизменностью исполнителей, рабочего места, обору­дования и рабочих приспособлений. Операции делятся на основные, вспомогательные и подготовительно-заключительные.

Основные операции вносят изменения в форму, положе­ние или состояние объекта работы (предмета труда). Они опреде­ляют содержание и конечную цель процесса.

Вспомогательные операции сопутствуют основ­ным, но не вносят изменений в форму, положение или состояние предмета труда (замена зубков на исполнительном органе комбайна, зачистка лавы и др.).

Подготовительно-заключительные опера­ции связаны с подготовкой и уборкой рабочего места и оборудова­ния в начале и конце смены или с завершением работы в течение смены (прием и сдача смены, осмотр и приведение в безопасное состояние рабочего места и др.).

Добыча угля в шахте складывается из большого числа взаимо­связанных процессов, последовательность выполнения которых пред­ставляет собой технологическую схему произ­водственных процессов шахты.

Эти процессы, различающиеся по назначению, средствам меха­низации и условиям выполнения, подразделяются на главные и вспо­могательные. К главным относятся процессы очистных работ, транспортирование в пределах выемочного поля и по магистральным выработкам, а также подъем. Вспомогательными произ­водственными процессами являются: проведение и поддержание подготовительных выработок, проветривание, водоотлив, осушение, кондиционирование воздуха и дегазация.

Рис. 1.1. Схема процессов, выполняемых в шахте

 

Число вспомогательных процессов в технологической схеме шахты и их характер не изменяют основы технологической схемы. Будет ли система водоотлива централизованной, привязанной к око­лоствольному двору, или участковой, с выдачей воды по скважинам, будут ли вестись подготовительные работы машинным или буро­взрывным способом — основа технологической схемы сохранится прежней. Однако отдельные звенья оказывают существенное влия­ние на функциональную характеристику технологической схемы. Так, система проветривания горных выработок непосредственно влияет на ведение очистных работ, зачастую ограничивая интенсив­ность выемки угля, изменяя транспортную систему на участке, допуская или отвергая какой-либо способ выемки. Примерно то же можно сказать о проведении горных выработок, поддержании в ра­бочем состоянии капитальных и подготовительных выработок и др.

Отдельные процессы группируются по месту их выполнения. По этому признаку можно выделить три уровня производственных процессов шахты (рис. 1.1).

Первым уровнем является выемочное поле, главными процессами

в котором являются работы, выполняемые в очистном забое, и транс­портирование в выемочном поле. Вспомогательными процессами являются проведение и поддержание выработок, а также их проветривание и осушение.

Вторым уровнем являются магистральные выработки, околоствольные дворы и стволы. Здесь главными являются процессы тран­спортирования по наклонным и горизонтальным выработкам и в око­лоствольном дворе и подъем. Вспомогательными процессами являются водоотлив, проветривание и ремонт выработок.

Третьим уровнем является поверхность шахты, главными процессами на которой являются транспортирование породы и про­цессы на складах.

Технологические схемы производственных процессов могут изме­няться как при изменении горно-геологических условий, так и средств механизации.

В зависимости от комбинации способов выемки и крепления технологическая схема производственных процессов в очистном забое будет различна. Еще более разнообразны возможные сочетания процессов, если рассматривать их применительно к выемочному полю или по шахте в целом.

В зависимости от горно-геологических условий изменяются способы и средства выполнения как главных, так и вспомогательных процессов. При этом изменяется и трудоемкость их выполнения. Если принять трудоемкость работ по добыче за 100%, то затраты труда на отдельные процессы составляют (средние данные по шах­там СССР на 1/I 1975 г.):

	Трудоем­кость, %
Добыча угля …………………………………………………...
Подземные работы ……………………………………………
В том числе: …………………………………………………...
очистные работы ……………………………………………	30,1
подготовительные работы …………………………………	16,7
подземный транспорт ………………………………………	11,4
содержание и ремонт выработок и откаточных путей …..	8,4
вентиляция и борьба с угольной пылью …………………..	1,2
водоотлив …………………………………………………...	1,1
обслуживание и ремонт общешахтных механизмов и установок ……………………………………………………	0,7
подъем (подземная часть) …………………………………	2,7
обогащение и контроль качества угля в шахте …………..	0,2
прочие ………………………………………………………	7,0
Работы на поверхности ……………………………………….	20,5
В том числе:
подъем (на поверхности) …………………………………..	2,1
откатка ……………………………………………………...	1,6
обогащение и контроль качества угля на поверхности ….	2,5
вентиляция и освещение …………………………………..	2,1
ремонт шахтных машин, механизмов и оборудования …..	1,8
обслуживание оборудования и стационарных установок на поверхности ……………………………………………..	2,9
хранение, доставка и обработка крепежных и прочих материалов …………………………………………………..	1,2
производственно-хозяйственное обслуживание шахты …	4,5
работы на угольных складах и погрузка ………………….	1,4
прочие ……………………………………………………….	0,4

 

 

1.2. Современное состояние и пути совершенствования технологии подземной разработки угля

 

Угольные месторождения и бассейны СССР характеризуются боль­шим разнообразием горно-геологических условий. Распределение подземной добычи угля по пластам различных мощности и углов падения (за 1975 г.) приведено в табл. 1.1.

Технология добычи угля постоянно совершенствуется во всех горно-геологических условиях. Внедряются прогрессивные способы подготовки шахтных полей, рациональные системы разработки и их параметры, эффективные способы управления горным давлением и средства механизации очистных и подготовительных работ.

С внедрением механизированных комплексов возрастает удель­ный вес наименее трудоемкого способа управления кровлей — пол­ного обрушения (в 1970г. - 92%, в 1975г. - 95%) и снижается применение частичной закладки (соответственно 7 и 4%) при при­мерно постоянном уровне других способов управления кровлей (полная закладка 0,7%).

 

Таблица 1.1

Пласты	Добыча угля из действующих лав (%) на пластах	Итого из действую- щих лав, %
тонких (до 1,2м)	средней мощности (1,2—3,5м)	мощных (более 3,5м)
Пологие и наклонные (0 - 35°)	26,8	50,5	10,0	87,3
Наклонные и крутые (35 - 90°)	5,3	3,9	3,5	12,7
Всего:	32,1	54,4	13,5	100,0

 

Значительно повысился уровень механизации навалки в очистных забоях - с 88,1% общей добычи угля, требующей навалки, в 1971 г. до 94,5% в 1975г.

Внедрение современных средств высокоэффективной комплекс­ной механизации очистных и подготовительных работ и прогрессив­ных методов организации труда обеспечило неуклонное повышение всех технико-экономических показателей очистных работ: средне­суточного подвигания лав, среднесуточной нагрузки на лаву, произ­водительности труда рабочего и др. В комплексно-механизирован­ных очистных забоях в сутки занято примерно на 22% меньше рабочих, чем в среднем по всем очистным забоям. Нагрузка на комплексно-механизированный забой составила в 1975 г. 865 т в сутки, что в 2 раза превышает среднюю нагрузку на очистной за­бой.

На ближайшие годы намечается расширение применения очист­ных комплексов с механизированными крепями на пологих и наклон­ных пластах при относительно сложных горно-геологических усло­виях: при разработке тонких пластов мощностью 0,7-1,2 м, пластов с углами падения от 18 до 35°, пологих пластов с неустойчивыми и труднообрушаемыми кровлями. К 1980 г. уровень комплексной механизации на пологих и наклонных пластах должен возрасти до 80% с увеличением средней нагрузки на комплекс в 1,5 раза.

Предусматриваются ускоренные темпы комплексной механизации выемки крутых пластов в первую очередь в Центральном районе Донбасса.

Намечается расширение струговой выемки крепких углей (с со­противлением резанию до 300 кгс/см) и пластов мощностью до 2 м при любых углах падения на основе создания струговых комплек­сов с механизированными крепями.

Комплексная механизация и совершенствование технологии гор­ных работ позволят значительно повысить степень концентрации производства на шахтах: увеличить нагрузку на лаву, выемочное поле, пласт.

В десятой пятилетке будет продолжено техническое перевоору­жение подземного транспорта угольных шахт.

Как правило, лучшие показатели по производительности труда, трудоемкости, затратам на транспортирование грузов, надежности в эксплуатации и т. д. достигаются при конвейерных транспортных системах. К 1975 г. протяженность конвейеризированных выработок в СССР приблизилась к 3000 км. В настоящее время конвейеризи­ровано 16,7% протяженности горизонтальных выработок, наклон­ные выработки конвейеризированы на 44,2%. Сплошная конвейери­зация осуществлена более чем на 30 шахтах.

В дальнейшем намечается дальнейшее расширение применения конвейерного транспорта в главных выработках, в том числе в выра­ботках с углом наклона до 25—35°, увеличение числа шахт со сплош­ной конвейеризацией. За счет широкого применения конвейеров, совершенствования их качества, обслуживания и систем управления, а также за счет внедрения современных средств вспомогательного транспорта должна быть снижена трудоемкость транспортных опе­раций. Для уменьшения простоев транспорта намечается широкое применение аккумулирующих и усредняющих емкостей (в виде механизированных бункеров-конвейеров) на стыке участкового и ма­гистрального транспорта. Должны быть повышены полезная масса и скорости движения поездов.

 

 

1.3. Основные принципы совершенствования технологии производственных процессов в угольных шахтах

 

Совершенствование технологии производственных процессов в уголь­ных шахтах на современном этапе развития характеризуется следу­ющими принципами:

интенсификацией и концентрацией горных работ;

сокращением числа операций;

обеспечением ритмичности и поточности выполнения отдельных технологических процессов и в работе всего горного предприя­тия — шахты;

повышением безопасности работ;

повышением экономичности технологического комплекса.

Под интенсификацией горных работ пони­мается комплекс технических и организационных мероприятий, направленных на повышение добычи в единицу времени (сутки, месяц, год) из одного очистного забоя, выемочного поля, панели, крыла или пласта в шахтном поле.

Интенсивность очистных работ определяется выражением

(1.1)

где А_ш — производственная мощность шахты в единицу времени, т;

L_з — среднедействующая длина линии очистных забоев в тот же

отрезок времени, м.

Интенсивность транспортных работ составляет

(1.2)

где L_{о В} - среднединамическая длина откаточных выработок.

Таким образом, интенсивность очистных работ можно повысить за счет увеличения добычи при постоянной длине линии очистных забоев, а интенсивность транспортных работ - за счет увеличения добычи при постоянной длине откаточных выработок.

Концентрация горных работ - это сосредоточе­ние добычи полезного ископаемого на отдельных предприятиях или в их звеньях во времени (уменьшение числа добычных смен и часов работы) и в пространстве (уменьшение числа производственных единиц - выемочных участков, очистных забоев и др.).

Основным методом концентрации горных работ в угольной про­мышленности является сосредоточение их на более крупных шахтах, а также на ограниченном числе участков или забоев внутри шахты.

Концентрация характеризуется повышением нагрузки (добычи в единицу времени) на очистной забой, выемочное поле, пласт, наклонную выработку.

Показателем пространственной концентрации горных работ мо­жет служить отношение

(1.3)

Между концентрацией и интенсивностью существует следующее соотношение. Повышение интенсивности разработки, т. е. увеличе­ние добычи в единицу времени, при прочих равных условиях приво­дит к повышению концентрации. Например, повышение концентра­ции работ в бремсберговом поле может быть достигнуто как интенси­фикацией работ (увеличением скорости подвигания очистного забоя), так и увеличением числа забоев. Следовательно, интенсификацию можно рассматривать как одно из средств достижения концентрации.

Интенсификация и концентрация горных работ могут быть достигнуты путем:

создания новой, более эффективной техники и технологии;

улучшения использования существующих горнодобывающих и горнотранспортных машин и механизмов;

уменьшения влияния горно-геологических факторов, ограничи­вающих возможности интенсификации и концентрации горных работ;

повышения надежности и долговечности существующих типов машин и механизмов;

совершенствования организации труда.

Современная технология горных работ должна основываться на технологических схемах с минимумом процессов и опе­раций.

Примером большого числа разнородных по своему характеру операций и процессов является технологическая схема добычи угля в длинных очистных забоях пологих пластов с применением широко­захватных комбайнов. В этом случае выполняются следующие основные процессы: выемка угля комбайном и его навалка на забой­ный конвейер; транспортирование угля вдоль забоя; крепление призабойного пространства; управление кровлей. В свою очередь, каждый из перечисленных процессов состоит из значительного числа операций. Например, выемка включает в себя следующие основные операции: заводку бара в нишу; собственно выемку при движении комбайна снизу вверх; вывод бара при окончании под­рубки лавы и подготовку комбайна к спуску по лаве на маневровой скорости; транспортирование комбайна вдоль лавы в исходное положение; замену зубков режущей цепи комбайна. Основные операции состоят из большого числа мелких операций. В этих усло­виях требуется значительное число разнородных машин, механизмов и инструментов.

Значительно меньше процессов и операций необходимо выпол­нять при технологической схеме очистных работ с применением механизированных комплексов. В частности, в этом случае отпадает такой процесс, как управление кровлей.

Одним из непременных технологических требований для дости­жения высоких и устойчивых технико-экономических показателей является ритмичность горного производства. Ритмичность - это строгое соблюдение при выполнении производственных заданий заранее заданных режимов эксплуатации.

Значение ритмичности сильно возрастает в условиях интенсифи­кации и концентрации горного производства. Ритмичность является органической особенностью комплексно-механизированных и авто­матизированных систем. Нормальная работа современного крупного горного предприятия, насыщенного сложнейшими комплексами, агрегатами и автоматическими системами регулирования, немыслима без ритмичной их работы.

Переход на добычу угля механизированными комплексами непре­рывного действия обусловливает переход на поточную орга­низацию производства, характеризующуюся совмещен­ным во времени выполнением основных и вспомогательных процессов и операций.

Ритмичность и поточность являются непременными условиями осуществления комплексной механизации производства.