 |
Общие сведения о системах разработки и характеристика их с точки зрения безопасности
Существует много различных систем разработки. Правильно выбранная система разработки должна обеспечивать: безопасные и безаварийные условия работ в очистных забоях и подготовительных выработках; экономичность и минимально допустимые эксплуатационные потери полезного ископаемого. Изучение причин аварий и несчастных случаев показывает, что существенное влияние на производственный травматизм при ведении очистных работ оказывает применяемая система разработки, при которой создаются различные условия труда. Угольные шахты.
Сплошная система разработки характеризуется тем, что очистные работы в пределах этажа или яруса ведутся одновременно с проведением подготовительных выработок, незначительно опережающих очистные забои. При сплошной системе разработки ухудшаются условия поддержания подготовительных выработок и сопряжений, которые находятся в зоне влияния очистных работ и повышенного горного давления.
Совмещение во времени очистных и проходческих работ также отрицательно сказывается на их безопасности. Столбовая система разработки отличается от сплошной системы тем, что толщу полезного ископаемого предварительно (до начала очистных работ) разделяют подготовительными выработками на отдельные части, так называемые столбы, которые впоследствии и вырабатывают при очистной выемке.
Столбы имеют вид прямоугольников. Существует много вариантов столбовых систем разработки, основными из них являются длинные и короткие столбы с отработкой лав по восстанию и падению пласта. При этой системе разработки устраняется сползание оборудования вдоль лавы под действием собственного веса.
При отработке по падению пласта снижается отжим угля, который является причиной значительного числа травм. Кроме того, подготовительные выработки проходятся в целиках угля, и условия их поддержания улучшаются.
Столбовая система разработки способствует своевременному обнаружению геологических нарушений, в зоне которых происходит наибольшее число несчастных случаев. Щитовая система разработки применяется для отработки мощных крутых пластов без разделения на слои, при этом пласт отрабатывают отдельными полосами шириной по простиранию 24-36 м. Каждая полоса перекрывается прочной крепью — щитом, который монтируется в рассечке — расширении вентиляционного штрека.
При щитовой системе разработки высок уровень травматизма от обрушения угля и породы в подщитовое пространство, а также от самопроизвольной посадки щита и от падения людей в печи из-за большого их числа. Комбинированная система разработки с гибким перекрытием.
В последние годы все более широкое распространение на шахтах Прокопьевско-Киселевского района Кузбасса получила система разработки с гибким перекрытием (КГП). Создание искусственной кровли из металлических полос и сетки при правильной технологии горных работ позволят полностью устранить производственный травматизм от обрушения пород и прорыва их в при-забойное пространство. Гибкое перекрытие работает в основном на растяжение, что позволяет ему выдерживать значительное давление со стороны вышележащих пород. Однако при неправильном ведении выемки угля под гибким перекрытием возможное усиление горного давления, что приводит к прорыву отдельных полос, и, как следствие, к травмированию рабочих.
Основным недостатком, сдерживающим увеличение добычи угля по этой системе разработки, является медленная подготовка к выемке из-за отсутствия или несовершенства механизации работ по монтажу гибкого перекрытия, а также недостаточно надежное проветривание забоя под перекрытием за счет общешахтной депрессии. Более чем за двадцатилетний период применения этой системы разработки на шахтах Прокопьевско-Киселевского района Кузбасса были испытаны различные средства механизации возведения гибкого перекрытия, выемки угля и крепления очистного забоя. Наиболее эффективной и безопасной оказалась система разработки с подэтажным обрушением и с применением комплекса КНК70.
Слоевые системы применяют для разработки пластов мощностью более 3,5 м. Выемку каждого слоя можно сравнить с выемкой пласта средней мощности. Слои могут быть наклонные, горизонтальные, поперечно-наклонные и диагональные. Общим недостатком слоевых систем разработки с обрушением является применение предварительной крепи (настила) для ограждения угольного массива от обрушенных пород, которые не всегда предохраняют призабойное пространство от прорыва обрушенной породы.
При разработке наклонными слоями с обрушением из-за увеличившегося давления на призабойную крепь устройство предварительного настила становится небезопасным. К числу конструктивных недостатков этой системы следует отнести как устройство предварительного настила, так и сложность посадки кровли отработаннных слоев. При интенсивной посадке пород кровли иногда происходят повреждения предварительной крепи.
Ввиду перечисленных недостатков система разработки наклонными слоями с обрушением почти не применяется. При разработке мощных крутых пластов горизонтальными слоями последние в пределах этажа могут выниматься как в нисходящем, так и восходящем порядке. Очистные работы могут вестись с полной закладкой выработанного пространства или с полным обрушением пород кровли.
Наиболее существенным конструктивным недостатком системы разработки горизонтальными слоями с обрушением является сложность управления кровлей. Так как крепкие породы почвы и кровли пласта не всегда обрушаются в достаточных объемах (что приводит к отсутствию перекрывающего крепь слоя разрыхленной породы), то очистная выемка угля в слое происходит под пространством, не забученным породой. При таком положении создаются условия недостаточной защиты рабочего пространства в слое от неожиданных динамических ударов перемещающихся пород.
Система разработки поперечно-наклонными слоями применялась на шахтах Кузбасса. При этой системе на участке проводятся подготовительные выработки аналогично системе горизонтальных слоев, но слой занимают наклонное положение (около 30-40 к горизонту) .
Применение этой системы разработки позволяет почти полностью исключить издвижение горных пород и подработку поверхностных объектов. Общим конструктивным недостатком систем разработки с выемкой слоев в восходящем порядке является то, что при этом подрабатывается вышележащий угольный массив, который может иногда растрескиваться.
Некачественное крепление, неплотная затяжка кровли, несвоевременное возведение закладочного массива приводит к обрушению растрескивавшегося угля и травмированию людей. Систему разработки поперечно-наклонными слоями рекомендуется применять для отработки участков, расположенных под запожаренными участками, под сооружениями и водоемами на поверхности в условиях пластов мощностью от 0,5 до 9 м и при углах падения более 50°; уголь должен быть устойчивым, а пласт не должен иметь тектонических нарушений.
Разработка угольных месторождений гидравлическим способом. Известно, что на шахтах наибольшее число несчастных случаев происходит на очистных работах от обрушения кровли и падения кусков угля и породы и составляет более 36 % их общего числа. При применении гидравлического способа травматизм в забое полностью исключается, так как процесс выемки основан на дистанционной отбойке угля без присутствия людей в забое.
В результате неудовлетворительной эксплуатации подвижного состава, плохого содержания откаточных путей, стрелочных переводов и разминовок, на ряде шахт с обычной технологией добычи в процессе откатки и подъема грузов и людей имеют место несчастные случаи. В шахтах, использующих гидравлический способ для добычи угля, полностью исключен производственный травматизм и при транспортировании (гидротранспорте по желобам) угля по выработкам и выдаче (подъеме по трубопроводам) его на поверхность.
Рудные шахты. Система разработки подэтажными штреками.
Опасность системы заключается в возможности воздушных ударов при обрушении потолочины или висячего бока камеры, падения людей в выработанное пространство, в обрушении руды из кровли и бока открытой заходки и образовании пробок при выпуске руды из люков. Чтобы не допустить травмирования людей от воздушных ударов, проводят очистку выработок от материалов и оборудования, осуществляют надзор со стороны технического персонала и своевременный вывод людей.
При работе на уступе работающие обязаны подвязывать себя предохранительным поясом и канатом к штырю, закрепленному в стене выработки. Длина каната должна быть не более 3 м. Система разработки со сплошной выемкой. Основными причинами травматизма являются удары кусками породы, выпадающими из кровли и боков стенок целиков, повреждение механизмами при бурении, погрузке и доставке руды.
К основным мерам безопасности следует отнести тщательный осмотр и оборку кровли, стенок целиков, устранение заколов, ограждение решетками выработок, сообщающихся с выработанным пространством. Нельзя допускать присутствия рабочих в зоне действия погрузочных машин и механизмов.
Камерно-столбовая система разработки. Причинами травматизма могут быть удары кусками породы при выпадении их из кровли, неисправные механизмы, машины и инструменты, ушибы при погрузке, доставке и ликвидации негабарита руды.
Необходимо слабые участки кровли крепить штанговой крепью, тщательно осматривать и обирать кровлю, очищать уступы от руды, производить оборку после взрывания, соблюдать правила эксплуатации самоходного оборудования, перекрывать рудоспуски решетками. Система разработки с закладкой.
Основными причинами травматизма являются обрушение кусков руды из забоя и породы из боковых стенок на рабочих местах, падение породы по закладочным восстающим, падение людей в открытые рудоспуски, ушибы машинами и механизмами. Для обеспечения безопасности работ необходимо тщательно обирать кровлю, своевременно наращивать рудоспуски, содержать настилы в исправном состоянии, перекрывать лестничные отделения лядами, а скаты грохотными решетками, входить в забой только через ходовое отделение. Система разработки с непрерывным этажно-принудительным панельным обрушением и вибровыпуском руды позволяет создавать непрерывный фронт подготовительных, нарезных и очистных работ, дает возможность заблаговременно нарезать и оборудовать весь массив, применять мощное самоходное оборудование для нарезки панелей и бурения скважин, обеспечивает высокую концентрацию очистных работ, исключает цикличность отработки массива за счет бесцеликового метода ведения работ, обеспечивает одностадийность отработки месторождения и отбойку руды в полузажатой среде без выхода негабарита.
Сущность системы заключается в том, что рудное тело разбивается на этажи высотой 40-80 м, а этажи — на панели шириной 16-27 м и длиной, равной мощности рудного тела. Между панелями целиков не оставляют. Для безопасности работ по ликвидации зависаний в выпускных выработках поставочная выработка со стороны откаточного орта расширяется на 1 м по длине 2,4 м и надежно отгораживается барьером.
Для соблюдения безопасности необходимо выполнять комплекс мероприятий по различным производственным процессам. Перед началом работ и в процессе их необходима тщательная оборка заколов. Система разработки с этажным обрушением и отбойкой руды глубокими скважинами на компенсационное пространство применяется для отработки мощных залежей руд средней и выше средней крепости.
Данная система характеризуется высокой производительностью очистного забоя и является наиболее безопасной. Основные причины несчастных случаев при этой системе — падение кусков породы и обрушения при выпуске руды и проходке выработок, эксплуатации бурильных машин и инструментов. Для обеспечения безопасности работ запрещается одновременная отработка блоков, расположенных рядом.
Размер блока по простиранию не должен быть больше 50 м. Контроль за процессом самообрушения должен вестись из специальных выработок. После подготовки блока к обрушению необходимо вывести людей с оконтуривающих выработок. Этажно-камерная система разработки с отбойкой глубокими скважинами применяется, главным образом, для отработки изолированных столбообразных залежей крепких и весьма крепких руд сравнительно небольшой мощности по простиранию.
Этажно-камерная система по условиям применения схожа с системой этажного обрушения, чем и объясняется практически одинаковая их травмоопасность по всем основным процессам. Основные факторы и причины травматизма также одинаковы.
Подэтажно-камерная система разработки является наиболее травмоопасной. Основные причины травматизма — обрушение кусков горного массива, падение их при выпуске вследствие недостаточного крепления очистных забоев и отсутствия средств механизации выпуска руды из дучек.
Система разработки со слоевым обрушением. Причинами травматизма в основном могут явиться прорывы налегающих пород.
Запрещается применять эту систему при разработке руд, склонных к самовозгоранию, а также при наличии в толще пород плывунов, неосушенных песков и карстов. Запрещается вести очистные работы во время сдвижения и обрушения покрывающих пород.
С целью предупреждения несчастных случаев необходимо соблюдать следующие меры безопасности: ширина заходки и высота выемочного слоя должны быть не более 3 м, отставание забоев в слоях должно быть не менее 10 м; при взрывании крепи и погашении заходок применять только электровзрывание; при зависании или задержке обрушения гибкого настила очистные работы прекращать до их устранения, во время погашения заходок выводить людей, а устья восстающих перекрывать решетками; во время погашения работы в смежных участках не производить. Система разработки с магазинированием руды.
Основными причинами травматизма являются обрушение руды из кровли уступа или породы из боков, образование заколов, внезапное оседание отбитой руды в магазине, обрушение зависаний и застревание в рудоспусках. С целью соблюдения мер безопасности нельзя производить бурение и дробление руды в камере магазина до оборки кровли и боковых пород.
Необходимо крепить слабые участки кровли и боков временной крепью. Расстояние от кровли до навала руды всегда должно быть не более 2,5 м; во время выпуска руды люди в магазине должны отсутствовать.