Встановлення параметрів технології очисної виїмки на крутих пластах
1. Ціль практичної роботи: навчити студентів визначати параметри технології очисної виїмки на крутих пластах з деталізацією складових параметрів формул.
2. Форма проведення практичних занять: розрахункові вправи.
3. Методичні рекомендації до виконання практичної роботи.
Для механізованого виймання вугілля в лавах крутих пластів, серійно випускають комбайни «Темп», А70, 1КНД і «Комсомолець». Перераховані машини працюють у прямолінійних вибоях з використанням звичайного дерев'яного або механізованого кріплення.
Основні критерії для вибору типу машини - стійкість бічних порід і потужність вугільного пласта. Для машин, що роблять відбійку вугілля знизу нагору, необхідний рівна і стійка підошва. У противному випадку спуск комбайнів займає багато часу і ефективність їх застосування різко падає. Комбайни А70 і «Комсомолець» можуть бути використані у вибоях із середньою стійкістю бічних порід, що дозволяють мати незакріплену смугу шириною 1,1-1,2 м по всій довжині лави.
При виборі типу комбайна для конкретних умов спочатку по технічних характеристиках машин визначають, які комбайни можна використовувати у вибої при заданій потужності пласта. Після цього роблять остаточний вибір машини з урахуванням стійкості бічних порід. У тих випадках, коли неможливо підібрати по гірничо-геологічних причинах тип комбайна, виїмку вугілля варто робити відбійними молотками.
Висота уступу в цьому випадку залежить від продуктивності праці робочого очисного вибою і числа робітників, зайнятих в одному уступі. Вона може бути розрахована виходячи з норм виробітку або із часу, що витрачається на одиницю роботи (на 1 м2).
Розрахунок висоти уступу 
по нормі виробітку може бути зроблений по формулі:
, (1)
де 
– коефіцієнт перевиконання норми виробітку ( 
=1, 1-1,15); п – число робітників в одному уступі; 
– норма виробітку робочого очисного вибою за зміну на відбійку і кріплення, м2; 
– ширина кріплення – відстань між рядами кріплення по простяганню, м.
Висота уступу по витратам часу розраховується по формулі:
, (2)
де Т – тривалість зміни, хв; 
– час на підготовчо-заключні операції, рівний 30 хв; 
– час на відбійку 1 м2, хв; св – відношення часу, затрачуваного на вирубку 1 м2 у кутку, до часу, затрачуваному на вирубку 1 м2 з іншої частини уступу; kо – коефіцієнт, що враховує час на відпочинок, kо=1,1; 
– висота кутка, м; 
– час на кріплення 1 м2, хв.
Значення величин 
і 
наведені в табл. 1.
Таблиця 1
| Середня потужність пласта, м | Витрати часу, хв | Коефіцієнт по витратам часу на кріплення 1 м2, що враховує склад комплекту кріплення: стійки + обаполи + затягування | ||||||||
| на відбійку 1 м2 відбійним молотком tотб | на кріплення 1 м2 при комплекті із трьох стійок, двох обаполів, трьох затягувань tкр | 3+1+0 | 3+2+0 | 3+1+3 | 3+2+3 | 3+2+7 | 3+2+14 | |||
| м'які вугілля | вугілля середньої міцності | міцні вугілля | ||||||||
| 0,50 | 5,0 | 7,4 | 11,3 | 5,1 | 0,94 | 0,86 | 1,04 | 1,06 | 1,14 | 1,41 |
| 0,60 | 5,5 | 8,2 | 12,5 | 5,6 | ||||||
| 0,75 | 6,1 | 9,1 | 13,9 | 6,2 | ||||||
| 0,95 | 6,9 | 10,2 | 15,6 | 7,0 | ||||||
| 1,18 | 7,7 | 11,3 | 17,3 | 7,8 | ||||||
| 1,40 | 8,4 | 12,3 | 18,0 | 8,5 | ||||||
| 1,60 | 9,0 | 13,3 | 20,3 | 9,1 | ||||||
| 1,81 | 9,5 | 14,0 | 21,4 | 9,6 | ||||||
| 2,00 | 10,0 | 14,8 | 22,6 | 10,2 |
Висоту магазинного уступу hмаг і випередження його по простяганню dмаг при виїмці вугілля відбійними молотками можна визначити по наступних формулах (рис. 1):
; (3)
, (4)
де 
– мінімальна відстань між магазином і лінією вибою по максимально припустимій швидкості вентиляційного струму, м;
, (5)
– середньодобовий видобуток лави, т; 
– потрібна кількість повітря на 1 т добового видобутку, м3/хв; 
– максимально припустима швидкість руху струму повітря в очисному вибої, 
=4 м/с; 
– потужність пласта, що виймається, м; 
– необхідна ємність магазину, т; 
— маса 1 м3 вугілля в насипу, 
=0,8 т; 
– кут нахилу укосу магазину до лінії простягання у площини пласта, залежний від кута природного укосу β і кута падіння α (для кута β = 34-40° середнє значення – 38°):
;
– відстань між вибоєм першого уступу і верхньою точкою магазину. При наявності рештаків 
дорівнює відстані між вибоєм першого уступу і кінцем нижнього рештаку. Коли рештаки відсутні, 
. У лаві із прямолінійним вибоєм, коли є тільки один магазинний уступ, 
=0; якщо комбайнова лава має два магазинних уступи, дорівнює величині випередження верхнього уступу ( 
– загальна розтяжка уступів у лаві; вона дорівнює сумі випередження уступів); 
– висота вентиляційного просіка (печі), м.
Рис. 1. Схема до розрахунку магазинного уступу.
Необхідна ємність магазину залежить від довжини лави та організації робіт в очисному вибої і на транспорті.
Залежність між ємністю магазину, висотою поверху і часом резервування вугілля в магазині може бути виражена формулою:
, (6)
де 
– похила висота поверху, м; 
– довжина ціликів по падінню, м; 
– висота штреків по падінню пласта, м; 
– ширина знімаємої смуги вугілля у вибої уступу, м; 
– середня щільність вугілля в цілині, т/м3; с – коефіцієнт видобутку вугілля; 
– час, протягом якого зберігається вугілля в магазині, приймається рівним половині зміни або зміні, год; Т – тривалість зміни, год.
Кількість уступів у поверсі визначаємо по формулі:
. (7)
Приклад 1. Розрахувати елементи системи розробки для пласта потужністю =1 м при виїмці вугілля відбійними молотками. Шахта III категорії по газу. Бічні породи пласта середньої стійкості. Вугілля середньої міцності. Коефіцієнт видобутку вугілля с = 0,95. У лаві прийнятий трьохзмінний режим роботи. Тривалість зміни T = 6 год. Протягом двох змін ведуться роботи з виймання вугілля, третя зміна – ремонтно-підготовча. Ширина знімаємої смуги вугілля =0,9 м. Висота просіка (печі) 
=4 м.
Під вентиляційним і над відкотним штреками залишають цілики вугілля висотою
= 8 м. Висота поверху 
=133 м. Висота відкотного штреку 3 м,
= 6 ч.
Рішення. Висоту уступу, виходячи з норм виробітку, визначаємо по формулі (1).
м.
Ємність магазину визначаємо по формулі (6)
т.
Знаходимо висоту магазину. Для цього визначаємо добовий видобуток лави:
т
Мінімальну відстань між магазином і лінією вибою знаходимо по формулі (5):
м.
.
При наявності рештаків =3,6 м.
Висота магазину
м.
Приймаємо hмаг=8м.
Ширину магазину визначаємо по формулі (4):
м.
Приймаємо випередження магазинного уступу, кратне ширині кріплення, рівним 7,2 м.
Кількість уступів у поверсі знаходимо по формулі (7):
.
Довжина уступу приймається рівною парному числу метрів. Приймаємо 8 уступів, з них 5 висотою по 12 м і 3 висотою по 14 м.
Таким чином, висота поверху 
=133 м буде складатися з п'яти уступів по 12 м (60 м), трьох уступів по 14 м (42 м), ціликів над відкотним (8 м) і під вентиляційним (8 м) штреками, просіка (4 м), магазина (8 м) і висоти відкотного штреку (3 м).
При виїмці вугілля комбайном «Темп» довжину лави визначаємо по формулі:
, (8)
де 
– швидкість подачі комбайна, м/хв; 
– швидкість спуску комбайна, м/хв; 
– час на кріплення 1 м лави, хв; 
– тривалість допоміжних операцій на 1 м лави, хв. Середній час на кріплення 1 м лави:
, (9)
де 
– витрати часу на кріплення 1 м2 (див. табл. 1); 
– ширина заходки комбайна, м; 
– число робітників, зайнятих на кріпленні лави в одній точці; 
– кількість точок, з яких одночасно здійснюють кріплення лави; 
– коефіцієнт перевиконання норми виробітку.
У формулі час на встановлення полків не враховується, тому що він становить досить малу величину на 1 м лави.
Приклад 2.Визначити елементи лави, якщо в ній працює комбайн «Темп». Режим роботи лави трьохзмінний: дві зміни з видобутку, одна – ремонтно-підготовча. Протягом видобувної зміни роблять виїмку однієї смуги вугілля по всій довжині лави. Після виїмки вугілля в цю зміну виконують кріплення лави в чотирьох точках одночасно. У кожній точці працює одна людина. Потужність пласта 1,1 м; робоча швидкість подачі комбайна 1 м/хв; швидкість спуску комбайна 3 м/хв; глибина врубу 0,9 м; висота поверху 120 м; над відкотним штреком залишають цілики вугілля висотою 8 м, під вентиляційним штреком ціликів не залишають; ширина просіка 4 м, середня щільність вугілля 1,3 т/м3; коефіцієнт видобутку вугілля 0,95; кут падіння пласта 60°; категорія шахти по газу III.
Рішення. Визначаємо час на кріплення 1 м лави
м.
Можлива довжина комбайнової частини лави
м.
Через те, що комбайн обробляє вибій протягом 1-2 год, ємність магазину повинна відповідати кількості вугілля, знятого з однієї смуги по всій довжині лави. Приймаємо, що час на виїмку смуги вугілля в магазинному уступі дорівнює часу виїмки смуги вугілля комбайном у лаві. Тоді ємність магазину складатиме:
т.
Добовий видобуток лави
т.
Мінімальну відстань між магазином і лінією вибою знаходимо по формулі (5):
м.
.
Висота магазинного уступу
м.
Приймаємо hмаг=10м.
Ширина магазинного уступу
м.
Приймаємо ширину магазинного уступу кратній ширині кріплення, тобто 
=9,9 м.
Довжина комбайнової лави без урахування верхньої ніші становить
м.
Завдання 1. Визначити розміри магазинного уступу, число уступів або довжину лави і висоту поверху для умов, приведених у табл. 2. Кількість робочих змін у лаві – чотири. Тривалість зміни T=6 ч. Виїмка вугілля здійснюється протягом двох змін (n=2). При залишенні ціликів вугілля над відкотним штреком ширина просіка, (печі) 
= 4 м. При роботі без залишення ціликів над відкотним штреком довжина вугільного вибою штреку дорівнює 8 м.
Таблиця 2
| № варіанта | Потужність пласта, м | Кут падіння пласта, град. | Висота поверху, м | Добовий видобуток ділянки, т | Газоємність, м3/т.с.д. | Середня щільність вугілля, т/м3 | Міцність вугілля | Стійкість порід покрівлі і підошви | Число робітників в одному уступі | Ширина кріплення або глибина захвата, м | Висота цілика, м | |
| над відкаточним штреком | під вентиляційним штреком | |||||||||||
| Виїмка вугілля відбійними молотками | ||||||||||||
| 0,60 | 1,3 | сер. міц. | сер. ст. | 0,8 | ||||||||
| 0,65 | 1,3 | м'який | сер. ст. | |||||||||
| 0,65 | 1,4 | сер. міц. | стійкі | 0,9 | ||||||||
| 1,25 | 1,3 | сер. міц. | стійкі | 0,9 | ||||||||
| 1,70 | 1,3 | м'який | стійкі | – | ||||||||
| 0,75 | 1,4 | м'який | стійкі | 0,8 | – | |||||||
| 1,35 | 1,3 | сер. міц. | стійкі | 0,9 | ||||||||
| 1,10 | 1,3 | м'який | слабкі | 0,9 | – | |||||||
| 0,80 | 1,3 | сер. міц. | стійкі | 0,9 | – | – | ||||||
| Виїмка вугілля комбайном «Темп» | ||||||||||||
| 0,8 | 1,5 | міцний | сер. ст. | – | 0,9 | – | – | |||||
| 1,2 | 1,3 | сер. міц. | сер. ст. | – | 0,9 | – | ||||||
| 0,9 | 1,3 | сер. міц. | сер. ст. | – | 0,9 | – | ||||||
| 1,0 | 1,4 | сер. міц. | сер. ст. | – | 0,9 | – | ||||||
| 0,85 | 1,3 | сер. міц. | сер. ст. | – | 0,9 | – | – |
4. Список літератури.
Сапицкий К.Ф., Дорохов Д.В., Зборщик М.П., Андрушко В.Ф. Задачник по подземной разработке угольных месторождений. Учебн. пособие для вузов.– М.: Недра.–1981.–311 с. (с. 63-69).