Содержание к диссертации
Введение
1 Обоснование актуальности исследований, разработки и реализации эффективных техно логий угледобычи на действующих шахтах 11
1.1 Состояние технологии подземной угледобычи в России и за рубежом 11
1.2 Направления совершенствования технологии подземной угледобычи в России и за рубежом. 22
1.3 Обоснование актуальности разработки технологических решений для повышения эффективности доработки остаточных запасов угля действующих шахт. Цель и задачи исследований 33
2 Концепция и принципы декомпозиции существующих и синтеза геотехнологических систем шахт с остаточными запасами угля в недрах 35
2.1 Классификация запасов угля в горном отводе шахты по признакам соответствия природных условий месторождений и области применения технологий угледобычи 36
2.2 Концепция и принципы декомпозиции существующих и синтеза новых геотехнологических систем шахт с остаточными запасами угля 42
2.3 Выводы 49
3 Исследование развития геотехнологических систем шахт при отработке запасов по выборочной и периферийным технологиям 51
3.1 Исследование развития геотехнологических систем шахт Кузбасса 51
3.1.1 Исследование развития геотехнологических систем шахт Кузбасса при выборочной отработке запасов угля 51
3.1.2 Исследование развития геотехнологических систем шахт Кузбасса при отработке остаточных запасов угля по периферийным технологиям 65
3.1.2.1 Технология отработки короткими лавами участков пластов с остаточными запасами угля 66
3.1.2.2 Технология отработки короткими забоями с остаточными запасами угля 66
3.1.2.3 Технология отработки участков пластов с остаточными запасами угля камерной системой разработки посредством дистанци онного управления выемочным агрегатом из подземных подготовительных вырабо ток 68
3.1.2.4 Гидравлическая технология отработки уча- стка пластов с остаточными запасами угля 69
3.2 Исследование развития технологии отработки выемоч-ных участков с остаточными запасами.угля в структуре геотехнологической системы угольной шахты 72
3.3 Выводы 83
4 Разработка технологических решений для вскрытия, подготовки и отработки участков шахтного поля с остаточными запасами угля 86
4.1 Исследование остаточных запасов угля на действующих шахтах Кузбасса 86
4.2 Совершенствование технологических решений но воспроизводству вскрытых и подготовленных запасов угля для выборочной их отработки 103
4.2.1 Разработка и реализация в проектной документации технологических и технических решений по вскрытию, подготовке и отработке запасов угля горизонта -200м шахты "Листвяжная" в Кузбассе 107
4.2.2 Разработка и реализация в проектной документации технологических и технических решений но вскрытию, подготовке и отработке запасов угля участка "Южный" шахты "Томская" в Кузбассе 113
4.2.3 Разработка и реализация в проектной документации технологических и технических решений по вскрытию, подготовке и отработке пласта З-За шахты "Алардинская" в Кузбассе 119
4.3 Разработка технологических решений для вскрытия, под готовки и отработки участков с остаточными запасами угля 128
4.3.1 Вскрытие, подготовка и отработка участков остаточных запасов угля неправильной геометрической формы 128
4.3.2 Способы подготовки и системы разработки участков угольных пластов с остаточными запасами угля 130
4.3.2.1 Подготовка и отработка участка с остаточными запасами угля короткими лавами 132
4.3.2.2 Подготовка и отработка участка с остаточными запасами угля по роботизированным технологиям 137
4.4 Выводы 139
Заключение 145
Литература
- Направления совершенствования технологии подземной угледобычи в России и за рубежом.
- Концепция и принципы декомпозиции существующих и синтеза новых геотехнологических систем шахт с остаточными запасами угля
- Исследование развития геотехнологических систем шахт Кузбасса при выборочной отработке запасов угля
- Совершенствование технологических решений но воспроизводству вскрытых и подготовленных запасов угля для выборочной их отработки
Введение к работе
Актуальность темы. На действующих шахтах России область
рационального применения эффективных технологий выборочной отработки
пластов ограничена следующими основными горно-геологическими и
горнотехническими условиями: угол падения пласта 0-25, вынимаемая
мощность пласта 1,3-4,5 м, глубина разработки до 600 м, длина выемочных
полей 2-4 км, длина очистного забоя до 300 м и др., что подтверждается
высокими технико-экономическими показателями новых и
модернизированных шахт Кузбасса.
Однако на действующих низкорентабельных шахтах, построенных или реконструированных в прошлом веке (в доперестроечный период), возможность применения новых эффективных отечественных и зарубежных технологий и технических средств угледобычи для доработки остаточных запасов угля весьма ограничена сложной и нерациональной инфраструктурой горного хозяйства.
Одним из основных направлений повышения эффективности угольной отрасли является переход на новые технологии отработки остаточных запасов угля посредством использования и модернизации инфраструктуры действующих низкорентабельных шахт на основе концепции и принципов системного подхода. Однако научные основы декомпозиции технологической системы действующей шахты на структурные элементы и синтеза геотехнологической системы рентабельной шахты нового технико-экономического уровня не разработаны и не реализованы в объёме, достаточном для отработки остаточных запасов угля на действующих шахтах. Необходимо разработать принципы (правила) конструирования структуры геотехнологической системы, адаптивной к сложным горно-геологическим и горнотехническим условиям остаточных запасов угля в пределах горных отводов действующих шахт.
В этой связи актуальной научно-практической задачей является разработка и реализация технологических решений для создания геотехпологических систем шахт, обеспечивающих эффективную и безопасную отработку остаточных запасов угля в пределах горных отводов действующих и проектируемых шахтах шахт.
Работа выполнена по программам научно-технических работ и внедрения новой техники и технологий на шахтах ОАО «ОУК «Южкузбассуголь», плановых научно-проектных работ ЗАО «Институт промышленного проектирования угольных предприятий» ("Промуглеироект") и других отраслевых институтов и вузов в период 2000-2006гг.
Целью работы является обоснование технологических решений для создания геотехнологических систем шахт нового научно-технического уровня и обеспечения эффективной и безопасной отработки остаточных запасов угля в пределах горных отводов действующих и проектируемых шахт.
Идея работы заключается в декомпозиции существующих прогрессивных геотехнологических шахтных систем и обосновании их элементов для синтеза геотехнологической шахтной системы, адаптивной к горно-геологическим и горнотехническим условиям участкам пластов с остаточными запасами угля.
Задачи исследований:
разработать концепцию и принципы декомпозиции существующих и синтеза новых геотехнологических систем шахт, адаптивных к условиям участков пластов с остаточными запасами угля;
обосновать область применения выборочной и периферийных технологий угледобычи;
разработать эффективные технологические решения для вскрытия и подготовки участков шахтного поля с остаточными запасами угля;
обосновать технологические требования для создания механизированного комплекса сплошной выемки угля в коротком забое на
7 базе безразгрузочных механизированных крепей с самозарубающимися исполнительными органами;
- разработать проектную документацию и реализовать элементы новых
геотехнологических систем на шахтах Кузбасса с остаточными запасами угля.
Методы исследований; анализа и декомпозиции сложных технологических систем действующих шахт, хронометражных наблюдений технологических процессов, статистической оценки надежности технических средств выемочного участка, адаптации прогрессивных технологических решений к параметрам остаточных запасов угля, конструирования прогрессивных технологических схем сплошной выемки угля в коротком забое механизированным комплексом.
Основные научные положения, защищаемые автором:
концепция декомпозиции существующих и синтеза новых геотехнологических систем шахт с остаточными запасами угля базируется на классификации запасов угля в недрах по признакам соответствия природных условий месторождения области применения традиционных и нетрадиционных технологий угледобычи;
эффективность технологических решений вскрытия и подготовки участков шахтного ноля с остаточными запасами угля обеспечивается реализацией следующих принципов: минимизация объемов вскрывающих и подготавливающих выработок при максимальном использовании существующих; поддержание выработок для доступа к временно законсервированным участкам; группирование участков шахтного поля по уровню адаптивности к эффективным существующим, периферийным и перспективным технологиям угледобычи;
основными требованиями к прогрессивным техническим средствам и системам разработки пластов с остаточными запасами угля являются: роботизация опасных и трудоемких процессов в очистном забое; сплошная (бесцеликовая) отработка пластов, склонных к газодинамическим явлениям, короткими забоями; использование полевых выработок при отработке пластов,
8 склонных к самовозгоранию; интеграция элементов столбовых, камерных и безлюдных систем разработки; управление кровлей в коротких забоях механизированными безразгрузочными крепями двойного действия.
Достоверность научных результатов, выводов и рекомендаций подтверждается:
- представительным объемом (14 шахт Кузбасса) способов и схем
вскрытия, подготовки и отработки шахтных полей, действующих шахт
Кузбасса, принятых для анализа; положительными результатами реализации в
условиях действующих шахт «Абашевская», «Осинниковская», «Юбилейная»,
«Томская», «Алардинская», «Грамотеинская» в Кузбассе разработанных
вариантов технологических схем вскрытия, подготовки и отработки шахтных
полей.
Новизна научных положений:
обоснованы критерии и параметры деления балансовых запасов угля в шахтном поле на адаптивные к высокоэффективным технологиям угледобычи и остаточные: угол падения и мощность пласта, наличие геологических нарушений, склонность угля к самовозгоранию, газоносность углепородного массива, форма, размеры и пространственное положение участков и блоков в свите пластов;
разработаны прогрессивные и эффективные в рыночных условиях технологические решения вскрытия и подготовки участков шахтного поля с остаточными запасами угля: минимизация объемов вскрывающих и подготавливающих выработок при максимальном использовании вскрывающих; поддержание выработок для доступа в последующие периоды к остаточным запасам; выделение на стадиях разработки очередей; вскрытие и подготовка участков с остаточными запасами угля на мощных пластах полевыми выработками; пространственно-временное расположение в шахтном поле нескольких очистных забоев, которые отрабатывают одновременно пласты в свите по выборочной технологии и по периферийным технологиям;
9 - разработаны технологические требования к роботизированным техническим средствам для выемки участков пластов с остаточными запасами угля механизированным комплексом: безразгрузочные самоходные механизированные крепи двустороннего действия, самозарубающийся исполнительный орган стреловидного типа или струг, устройство для разрушения и выпуска угля из под кровельной толщи при отработке мощных пластов, длина очистного забоя 10-60м, забойный и завальный конвейеры или желоба при гидротранспорте.
Личный вклад автора состоит в: обосновании концепции и принципов декомпозиции существующих и синтеза новых геотехнологических систем шахт; обосновании критериев и параметров для деления балансовых запасов шахтного поля на адаптивные к современным высокоэффективным технологиям угледобычи и остаточные запасы; непосредственном участии в организации и проведении хронометражных наблюдений, систематизации и статистической обработке результатов и обосновании эффективных элементов традиционных и периферийных технологий; обосновании технологических требований для создания механизированного комплекса бесцеликовой (сплошной) выемки угля короткими забоями с использованием безразгрузочных самоходных крепей двойного действия.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработанные технологические решения (минимизация вскрывающих и подготавливающих выработок при максимальном использовании существующих, группирование участков пластов по уровню адаптивности к технологиям, бесцеликовая (сплошная) выемка остаточных запасов угля короткими забоями с помощью роботизированного механизированного комплекса) и технологические требования к роботизированным механизированному комплексу обеспечивают конструирование выемочной техники, адаптивной к остаточным запасам, обеспечивают их эффективную и безопасную отработку.
10 Реализация работы в промышленности
Результаты исследований использованы при разработке проектов шахт «Листвяжная», «Грамотеинская» «Томская» «Алардинская» в Кузбассе с проектными показателями: проектная мощность 1500-3000 тыс.т/г, количество одновременно действующих забоев 1-2, суточная нагрузка на очистной забой 5000-10000т, потери угля при эксплуатации 13,5-31,5%, удельный объем проведения выработок 2,33-5,14м на 1000т добычи, среднемесячная производительность труда рабочего 128-352т, срок окупаемости инвестиций 1,4-2,6 года.
Апробация работы
Основные научные результаты и практические выводы диссертации докладывались и обсуждались на Международных научно-практических конференциях: Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. Сибресурс 2004, X Междунар. научно-практич. конф. 23-24 ноября 2004г, (Кемерово, 2004г) X конференция «Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых» (г. Новокузнецк, 2005г), Наукоёмкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: Междунар. научно-практич. конф. в рамках Междунар. выставки-ярмарки «Уголь России и Майнинг-2006» (Новокузнецк, 2006 г).
Публикации
По теме диссертации автором опубликовано 8 печатных работ, в том числе 5 без соавторов.
Объем и структура диссертации
Диссертационная работа состоит из 4 разделов, введения и заключения, изложенных на 173 страницах машинописного текста, содержит 43 рисунка, 9 таблиц, список литературы из 86 наименований и 2 приложения.
Направления совершенствования технологии подземной угледобычи в России и за рубежом.
Таким образом, для эффективной реализации технологий подземной угледобычи при эксплуатации шахт необходимо разработать новые технологические и технические решения, адаптивные к условиям действующих, восстанавливаемых и строящихся шахт.
На основе анализа результатов научных исследований и производственного опыта разработана классификация направлений совершенствования технологий подземной угледобычи по признаку их эффективности [16,38,44,45,48,55,60,61,62,63].
Классификация направлений совершенствования технологий подземной угледобычи предлагается для воспроизводства и отработки запасов действующих, восстанавливаемых и строящихся шахт и представлена в виде схемы (рисунок 1.2), синтезированной по результатам исследований и производственного опыта работы отечественных и зарубежных стран [48,71].
Для современных рыночных условий России проведена оценка эффективности приведенных на рисунке 1.2 элементов технологий подземной угледобычи [48,75,84].
В практике освоения георесурсов успешно применяются все способы разработки угольных месторождений полезных ископаемых (см. рисунок 1.2). На угольных шахтах отработка ведется, в основном, традиционным подземным способом, гидравлическим подземным способом и комбинированным. Наибольшее распространение получил традиционный подземный способ, комбинированный открыто-подземный способ широко применяется на шахтах Прокопьсвско-Киселевского района при доработке угольных целиков под ликвидированными зданиями и сооружениями и на Томь-Усинском месторождении при доработки запасов разрезов [48,80,81 ].
Вскрытие шахтных полей глубоких шахт осуществляется, в основном, вертикальными стволами (Германия, Великобритания, Украина, Россия). В процессе реструктуризации угольных шахт России выявлены следующие недостатки способа вскрытия вертикальными стволами [6,7,39,48]: - цикличность потока горной массы при движении ее от высокопроизводительного КМЗ до земной поверхности; - ограничение производительности подъема параметрами ствола, подъемных сосудов, бункеров при необходимости увеличения производственной мощности шахты или спуске крупногабаритных машин и оборудования; - высокая трудоемкость обслуживания подъемного комплекса, обу словленная сложной организацией труда персонала, обслуживающего транс портные средства, пункты перегрузки, бункера, камеры и др.
Достоинствами вскрытия шахтных полей вертикальными стволами являются обеспечение устойчивой схемы проветривания, спуска и подъема людей и оборудования и другие.
Перспективным является способ вскрытия шахтных полей наклонными стволами, который позволяет обеспечить полную конвейеризацию при транспортировании горной массы от забоев до поверхности, однако применение этого способа приводит к увеличению протяженности вскрывающих выработок, деконцентрации горных работ, повышению затрат на поддержание наклонных стволов и проветривание шахты [48,52,60,61].
Наиболее прогрессивным является комбинированный способ вскрытия шахтного поля главным наклонным стволом и.вспомогательными вертикальными стволами, он является наиболее надежным по условиям подъема горной массы и проветривания шахты. Анализ результатов работы шахт Кузбасса за последние 5 лет показал, что производительность труда рабочего на шахтах с комбинированным способом вскрытия, в 1,2-1,4 раза выше по сравнению с шахтами со скиповым подъемом по вертикальным стволам [48,52,60,61,75].
В последнее время в отечественной и зарубежной практике при разработке проектов шахт наметилась тенденция проведения вертикальных скважин диаметром до 4м и использования их в качестве вентиляционных, что позволит снизить затраты на проведение вспомогательных вертикальных стволов, поэтому исследования, направленные на совершенствование комбинированного способа вскрытия шахтного поля, являются актуальными [48,75].
Концепция и принципы декомпозиции существующих и синтеза новых геотехнологических систем шахт с остаточными запасами угля
Принцип минимизации объектов инфраструктуры шахты требует сокращения количества объектов технологической схемы шахты за счет ликвидации отдельных технологических процессов и операций. Например, при выемке остаточных запасов угля в приконтурной зоне разреза или бурошне-ковой выемке исключается необходимость проветривания очистного забоя, при применении гидравлического способа добычи не требуется применение конвейерного транспорта и др.
Принцип максимального использовании существующих объектов инфраструктуры требует не только использование действующих выработок и других элементов инфраструктуры шахты, но и расконсервацию горных выработок, проведенных ранее при выборочной отработке запасов угля. В соответствии с этим принципом на стадии выборочной отработки выемочных столбов и панелей необходимо сохранять выработки, обеспечивающие доступ к участкам с остаточными запасами угля. Это требование является определяющим при разработке календарного графика и пространственно-временных решений на стадии проектирования горных работ.
В экономическом аспекте на стадии разработки проектно-сметной документации удельные капитальные затраты на строительство шахты следует относить только на запасы угля, отрабатываемые по выборочной технологии, так как инвестор в первую очередь будет инвестировать только эту технологию. Для отработки остаточных запасов необходимы только дополнительные затраты с учетом использования существующей инфраструктуры.
Принцип группировании участков шахтного поля в соответствии с классификацией запасов угля обеспечивает минимизацию технологий, способов и средств угледобычи посредством применения их на нескольких участках шахтного поля, что позволит снизить удельные затраты на приобретение оборудования. Кроме того в процессе отработки однотипных участков шахтного поля накапливается опыт работы на шахте, что приведет к росту производительности труда и снижению вероятности возникновения аварий и инцидентов.
Принцип максимальной роботизации опасных и трудоемких процессов в очистном забое обеспечит повышение уровня промышленной безопасности при отработке участков с остаточными запасами угля. Актуальность роботизации при отработке участков с остаточными запасами угля по периферийным технологиям связана с тем, что эти технологии применяются, как правило, в экстремальных условиях: в зонах повышенного горного давления, под затопленными водой участками, под очагами эндогенных пожаров, в зонах геологических нарушений и др. Применение технологии с элементами роботизации является этапом перехода к безлюдным технологиям, исключающим присутствие человека в очистном забое в рабочие смены.
Принцип бесцеликовой отработки пластов, склонных к газодинамическим явлениям требует ведения горных работ в соответствии с "Инструкцией по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля (породы) и газа" [57,58]. Требования прямолинейности очистного забоя, снижение концентрации механических напряжений в угольных целиках приводит к ограничению области применения систем разработки с короткими забоями. В этой связи повышается область применения систем разработки с короткими лавами, бурошнековой выемки или комплексом КГРП. Расширенные области применения короткозабойных технологий, в том числе гидравлическим способом, возможно посредством создания и внедрения технологии сплошной выемки угля без оставления угольных целиков. Такие варианты известны из горной литературы. Например, под руководством д.т.н. А.А. Атрушкевича разработана технология выемки угля в длинном очистном забое с выемкой угля гидростругами и гидротранспортом угольной пульпы. Выемка осуществляется без присутствия людей в очистном забое.
Реализация принципа полевого вскрытия и подготовки весьма склонных к самовозгоранию угольных пластов должна резко снизить уровень аварийности работы шахт, отрабатывающих мощные, весьма склонные к самовозгоранию, угольные пласты (шахты Прокопьевско-Киселевского,
Томь-Усинского, Ерунаковского, Караканского, Таллинского месторождений Кузбасса). Сущность проблемы состоит в том, что отсутствуют эффективные способы и средства пожаробезопасной отработки угольных пластов мощностью свыше 4,5м. В этом случае применяется система разработки наклонными слоями или отрабатывается угольный пласт мощностью до 5м одним слоем с оставлением в кровле или почве пласта угольной пачки мощностью до 1,5м. Учитывая отсутствие надежных средств изоляции выработанного пространства, в последнем происходит окисление разрыхленного угля или нижних неотработанных слоев и возникает очаг эндогенного пожара. Так как почти все мощные пласты являются метаноносными, то в выработанном пространстве повышается концентрация метана до взрывоопасной. При сочетании опасных факторов (очаг пожара, взрывоопасная концентрация метана, взрывоопасная угольная пыль) в выработанном пространстве возникает взрыв метана и угольной пыли. Это приводит к групповым несчастным случаям.
Известные методы изоляции очагов эндогенных пожаров включают возведение взрывоустойчивых перемычек в породнем массиве. Это возможно только при полевом вскрытии и подготовке шахтного поля. В реальных условиях почти все шахтные поля шахт Кузбасса, отрабатывающих склонные к самовозгоранию пласты, вскрыты и подготавливаются пластовыми выработками.
Исследование развития геотехнологических систем шахт Кузбасса при выборочной отработке запасов угля
Как следует из графиков, прослеживается закономерность снижения объемов добычи к концу года, что связано не только с организационными признаками, но и с ограничениями по газу метану. Как установлено М.И. Ра-диковским [64], зимой в период сильных морозов повышается вероятность загазирования горных выработок. Для исключения вероятных аварий и инцидентов возникает необходимость снижения сменной нагрузки.
Согласно результатам анализа установлено, что техническое перевооружение не привело к росту нагрузки на шахту. На рисунке 3.3 приведены графики изменения плановой и фактической среднемесячной добычи угля по шахтам "Юбилейная" и "Абашевская" в период 2001-2005гг. Из графиков рисунков 3.1-3.3 следует, что объем добычи существенно изменяется как в течение года, так и за весь период 2001-2005гг. Средние значения добычи и величины ее отклонения от среднего приведены в таблице 3.1.
Согласно данным таблицы 3.1, несмотря на техническое перевооружение, устойчивость работы шахт не повысилась, что подтверждается динамикой коэффициента вариации. Для шахт, отрабатывающих высокогазоносные угольные пласты мощностыо до 1,8м, основными причинами неравномерной работы шахт являются: загазированиие очистных и подготовительных забоев и несвоевременная подготовка запасов к выемке из-за низких темпов подви-гания подготовительных забоев.
Решение проблемы загазирования очистных забоев и очистного выработанного пространства частично достигнуто за счет применения газоотса-сывающих вентиляторов для отсоса метановоздупшой смеси из выработанного пространства. Однако устойчивость системы управления проветриванием выработок выемочного участка нарушается прорывами метана из подрабатываемых и надрабатываемых пластов-спутников, что приводит к загази-рованию выработок и необходимости остановки работы очистного комплексно-механизированного забоя.
Сложнее задача управления метановыделением в забоях подготовительных выработок. Для снижения концентрации метана в этих забоях применяется барьерная дегазация, для проведения которой требуется остановка подготовительного забоя, что также является причиной неравномерного под-вигания подготовительных забоев и, как следствие, несвоевременной подготовки запасов угля к выемке.
В качестве примера негативного влияния повышенного метановыделе-ния в подготовительный забой можно привести результаты хронометражных наблюдений при проведении ковейерного штрека 16-15 шахты "Абашевская" (рисунок 3.4). Как следует из гистограммы 40% времени необходимо для бурения скважин и дегазации угольного массива, а на выполнение основных операций затрачивается менее 15% рабочего времени.
Другой причиной несвоевременной подготовки запасов угля к выемке являются низкие темпы подвигания подготовительных забоев из-за большого объема присечки (до 50%) боковых пород. Сущность проблемы состоит в том, что для монтажа высокопроизводительного очистного оборудования, организации дизелевозной доставки потребовалось увеличение площади по-перечного сечения подготовительных выработок до 18-24м . Это привело к увеличению удельного объема присекаемых пород и применению тяжелых проходческих комбайнов или буровзрывного способа проведения выработок. Соответственно это способствовало росту капитальных затрат и снижению скорости подвигания подготовительных забоев.
В целом несвоевременная подготовка запасов угля к выемке, загазиро-вание выработок выемочного участка приводят к неравномерному подвига-нию очистного забоя, простоям доростоящего, в том числе импортного, оборудования, следствием чего является снижение рентабельности производства и оттока инвестиций на развитие шахтного фонда.
Анализ результатов деятельности шахт, отрабатывающих высокогазоносные пласты мощностью до 1,8м, позволяет сделать вывод, что дальнейшее наращивание металлоемкости оборудования для отработки этих пластов нецелесообразно по экономическим критериям. По фактору условия залегания этих пластов не соответствуют требованиям технологии выборочной отработки, то есть эти запасы могут быть отнесены к остаточным и для их отработки требуется создание и внедрение новой технологии, в том числе струговой выемки.
Результаты анализа работы шахт "Осинниковская" и "Есаульская", отрабатывающих высокогазоносные пласты мощностью 1,8-3,5м приведены на рисунках 3.4, 3.5 ив таблице 3.1. Угольные пласты отрабатываются по выборочной технологии длинными комплексно-механизированными забоями. Выемочные участки оснащены механизированными крепями 2М-138 и МК-85Б; очистными комбайнами 2ГШ-68Б, К-500, KSW-460, KGS-345; лавными конвейерами Рыбник-850, Анжера-30, Анжера-26. Подготовительные выработки проводятся почти без присечки боковых пород (выбирается ложная кровля мощностью до 0,8м).
Совершенствование технологических решений но воспроизводству вскрытых и подготовленных запасов угля для выборочной их отработки
В связи с переходом действующих и проектируемых шахт Кузбасса на технологию выборочной отработки пологих угольных пластов длинными комплексно-механизированными забоями, оснащенными современным отечественным или импортным оборудованием, изменились методические подходы к выбору способов и схем вскрытия и подготовки шахтных полей.
Согласно классическим основам горной науки и практики все способы вскрытия, подготовки и отработки классифицированы ученым Московского государственного горного университета (А.С. Бурчаков, Ю.А. Жежелевский, О.В. Михеев, Л.А. Пучков и др.) по расположению вскрывающих выработок относительно границ шахтного поля, по количеству рабочих горизонтов, типам и количеству вскрывающих и подготавливающих выработок, системам разработки и др. (рисунок 4.13).
На действующих и проектируемых шахтах схемы и способы вскрытия и подготовки шахтных полей существенно отличаются от классических (рисунок 4.13) и представляют собой комбинацию классических схем или реализацию новых технологических решений.
На основе анализа проектов новых и реконструируемых шахт Кузбасса установлено, что изменение на действующих шахтах схем вскрытия и подготовки производится посредством корректировки проектной документации в направлении создания шахт по схеме "шахта-пласт", "шахта-участок", "шахта-лава", более адаптивные к рыночным условиям и технологии выборочной отработки пластов.
На действующих шахтах и в проектах широко применяются уклонные схемы основного конвейерного транспорта горной массы, бремсберговые схемы проветривания и сквозная дизелевозная доставка материалов и оборудования от склада на поверхности до забоев. В этой связи изменились отдельные технологические и технические решения по вскрытию, подготовке и отработке шахтных полей при конструировании геотехнологических систем шахт нового научно-технического уровня обеспечивающих их рентабельность за счет выборочной отработки запасов угля в пределах лицензированных границ горного отвода.
В соответствии с технологическими, техническими и организационными особенностями и направлениями современного развития горной науки и практики в классификации на рисунке 4.13 выделены способы и схемы вскрытия, подготовки и отработки свиты пологих и наклонных угольных пластов действующих и проектируемых шахт Кузбасса, наиболее адаптивные к условиям выборочной отработки (на рисунке 4.13 фон показан серым цветом) и отработки остаточных запасов угля (на рисунке 4.13 рамки показаны двойными линиями).
При анализе способов и схем вскрытия шахтных полей следует выделять шахты, построенные в прошлом столетии и после 2000г. Первая группа шахт построена по действующим в бывшем СССР нормативам и требованиям Правил безопасности. Соответственно на этих шахтах применены почти все способы и схемы вскрытия и подготовки, указанные на рисунке 4.13.
Шахтные поля предприятий, построенных после 2000г. с учетом применения технологии выборочной отработки пластов, вскрыты в основном главными наклонными стволами и вспомогательными наклонными центральными или фланговыми стволами. При этом в проектах шахт выделены комплексы, очереди, этапы освоения запасов шахтного поля. На первых этапах широко применяются временные схемы вскрытия шахтных нолей и блоков и проветривания горных выработок.
В Кузбассе стало практикой для вскрытия, подготовки и отработки запасов угля каждого выемочного столба или поля разрабатывать дополнение или корректировку проекта строительства шахты. Такая организация проектных и горных работ по строительству шахты и эксплуатации месторождения связана с ограничениями инвестиций и необходимостыо быстрой их окупаемости, а также неполнотой проведенных геологоразведочных работ. Естественно, технологические и технические решения для отработки остаточных запасов в этих дополнениях и корректировках не рассматриваются.
При проектировании горных работ для выборочной отработки пластов в первую очередь намечается к отработке угольный пласт пологого падения, мощностью 1,8-4,2м, при отсутствии на проектируемом участке разрывных геологических нарушений, затопленных водой зон, вне зоны влияния эндогенных пожаров и открытых горных работ.
Порядок отработки выемочных столбов в панели сверху вниз последовательный или через 1-2 столба для склонных к самовозгоранию пластов. Как правило, между выработанными пространствами двух соседних выемочных столбов оставляется ленточный угольный целик шириной 5-60м. Бесцеликовая технология отработки панелей применяется весьма редко.
Системы разработки короткими забоями при выборочной отработке пластов на шахтах Кузбасса не применяются.
Выделенные по результатам анализа перспективные направления по воспроизводству вскрытых и подготовленных запасов угля для выборочной их отработки реализованы в проектах действующих и строящихся шахт Кузбасса.
