Содержание к диссертации
Введение
1. Современное состояние. цель, идея и задачи исследования 8
1.1. Анализ технологий отработки угольных пластов длинными комплексно-механизированными очистными забоями 8
1.2. Анализ технологий отработки угольных пластов короткими комплексно-механизированными очистными забоями 19
1.3. Анализ технологий отработки угольных пластов короткими механизированными очистными забоями 33
1.4. Основные факторы, влияющие на выбор параметров технологических схем отработки угольных пластов короткими забоями 43
1.5. Анализ технологий отработки угольных пластов короткими гидромеханизированными очистными забоями 49
1.6. Цель, идея и задачи исследования 69
Выводы 71
2. Методика исследований влияния горно-геологичес-ких и горнотехнических факторов на технологии разработки угольных пластов 73
2.1. Разработка концепции, механизма и принципов рационального сочетания технологий разработки угольных пластов 73
2.2. Геомеханическое обоснование параметров технологических схем с рациональным сочетанием технологий разработки угольных пластов 81
2.3. Исследования технологичности отработки запасов угольных пластов 91
Выводы 96
3. Исследование рациональных сочетаний технологий отработки угольных пластов 98
3.1. Сочетание технологий разработки длинными и короткими комплексно-механизированными очистными забоями 98
3.2. Результаты обоснования параметров целиков различного назначения 103
3.3. Технология разработки пластов короткими лавами с выемкой угля механизированными комплексами 105
Выводы 121
4. Рекомендуемые варианты рациональных сочетаний технологий разработки угольных пластов 122
4.1. Рекомендуемые варианты высокопроизводительной отработки угольных пластов длинными комплексно-механизированными очистными забоями 122
4.2 Рекомендуемые варианты технологии отработки угольных пластов короткими комплексно-механизированными очистными забоями 131
4.3. Рекомендуемые варианты технологии отработки угольных пластов короткими очистными забоями с использованием гидромониторных и механогидравлических агрегатов 144
4.4. Разработка агрегатов с использованием тонких струй для очистной выемки угля 149
4.5. Рациональные сочетания технологий при применении скважинной гидродобычи угля 169
4.6. Область применения рациональных сочетаний технологий добычи угля 176
Выводы 182
Заключение 183
Список литературы 185
- Анализ технологий отработки угольных пластов короткими комплексно-механизированными очистными забоями
- Геомеханическое обоснование параметров технологических схем с рациональным сочетанием технологий разработки угольных пластов
- Результаты обоснования параметров целиков различного назначения
- Рекомендуемые варианты технологии отработки угольных пластов короткими комплексно-механизированными очистными забоями
Введение к работе
Актуальность работы. Развитие подземной добычи угля вплоть до 1998г. характеризовалось уменьшением объемов и удельного веса в общем балансе угледобычи. Только в течение последнего времени наметилась тенденция к увеличению объемов подземной добычи угля, которая в 2006г составила 109 млн. т
Несмотря на увеличение нагрузки на очистной забой с 485 до 1744 т/сут (в том числе на комплексно-механизированный с 719 до 2550 т/сут) и производительности труда рабочего по добыче с 66,3 до 146,4 т/мес, а также на наличие 30 бригад, обеспечивающих нагрузку на очистной забой более 1 млн т в год (из них 9 по 1,5 млн т), и одной бригады, добывшей в 2006 г 4,1 млн т угля, оснований для оптимистических прогнозов развития подземной угледобычи, к сожалению, нет
Причинами такого положения являются значительный износ основных фондов шахт и недостаточная технологичность подземной угледобычи, обусловленные чрезмерной ориентацией отрасли на комплексно-механизированную добычу угля (78,9% в 2006 г) Кроме того, выбытие мощностей угольных шахт превышает их ввод в 3-5 раз, значительно растет объем незавершенного строительства
Одним из направлений прогрессивного развития подземной угледобычи является повышение технологичности и полноты отработки запасов угля, обеспечивающих извлечение ранее списанных запасов как в участках, признанных нецелесообразными к выемке длинными очистными забоями, так и в целиках различного назначения Реализация научно-технических разработок в этом направлении, а именно рациональное сочетание технологий отработки длинными и короткими очистными забоями - позволит продлить срок эксплуатации угольных шахт и максимально извлекать запасы, в том числе в сложных условиях как действующих, так и закрывающихся шахт
Исследованиям, направленным на повышение технологичности отработки запасов угольных пластов на современном этапе развития угледобычи, посвящены работы ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского, ИПКОН, ВНИМИ, ИГД СО РАН, Института угля и углехимии СО РАН, ПНИУИ, ВНИИгидроугля, УкрНИИгидроугля, ДонНИИ, ДонГТУ, МГГУ, ТулГУ, КузГТУ, СибГГМА и многих других организаций.
К сожалению, в этих работах недостаточно исследованы технологические разработки, позволяющие реализовать научный потенциал эффективных и надежных сочетаний известных на сегодняшний день технологий и способов
добычи угля.
Таким образом, можно констатировать, что исследования, направленные на формирование рациональных сочетаний технологий разработки угольных пластов длинными и короткими очистными забоями, с полным основанием могут быть признаны как весьма актуальные
Целью диссертации является установление зависимостей эффективности различных технологий подземной угледобычи от комплекса природных и горнотехнических факторов для обоснования прогрессивных вариантов технологий на базе рациональных сочетаний длинных и коротких очистных забоев, обеспечивающих повышение технологичности, безопасности и полноты извлечения запасов угля
Основная идея работы заключается в реализации объектно-ориентированного подхода к оценке вариантов технологий подземной угледобычи для научно обоснованного выбора рациональных сочетаний высокопроизводительных комплексно-механизированных длинных и коротких очистных забоев, агрегатно-гидравлической технологии, камерных и камерно-столбовых технологий очистных работ с учетом влияния на технологичность и полноту отработки запасов угля комплекса факторов среды функционирования Основные научные положения, разработанные лично соискателем: 1. Рациональность сочетаний технологий отработки запасов выемочных участков высокопроизводительными длинными комплексно-механизированными лавами, короткими комплексно-механизированных лавами, отработки запасов выемочных участков короткими забоями с гидромеханизированными агрегатами, отработки запасов участков шахтных полей, непригодных для эксплуатации длинных и коротких очистных забоев, определяется уровнями технологичности, безопасности и полноты отработки запасов угля
2 Многоштрековая подготовка запасов выемочных участков при
рациональном сочетании технологий отработки их, отличающаяся
одновременным воспроизводством очистного фронта для эксплуатации
длинных комплексно-механизированных лав и коротких очистных забоев,
обеспечивает наиболее благоприятные геомеханические и технологические
условия отработки запасов выемочных участков и возможность эффективной
реализации потенциала прогрессивных технологий подземной угледобычи
3 Методика обоснования рациональных сочетаний технологий разработки
угольных пластов отличается учетом специфики базовых и синтезируемых
вариантов технологий подземной угледобычи и позволяет научно обоснованно
генерировать пространственно-планировочные решения, обеспечивающие
эффективную и безопасную отработку запасов угольных пластов с минимальными потерями полезного ископаемого в недрах
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются:
достаточным объемом информации о геологических особенностях участков шахтных полей (24 шахты, 45 участков) и об эффективности использования базовых вариантов технологических схем очистных работ (12 технологических схем),
использованием при синтезе вариантов прогрессивных технологий, апробированных в условиях угольных шахт в качестве элементов, рациональных сочетаний комплексно-механизированной, агрегатно-гидравлической, камерной и камерно-столбовой технологий очистных работ,
- значительным объемом (более 500 вариантов) численных экспериментов
в широком диапазоне горно-геологических и горнотехнических параметров
(глубина ведения очистных работ 200-бООм, мощность угольного пласта 1,5-
4,0м, ширина целиков различного назначения 8-80м) при обосновании
рациональных сочетаний технологий добычи угля
Научная новизна работы. 1. Разработаны концепция и методические принципы формирования рациональных сочетаний технологий разработки угольных пластов для повышения технологичности и полноты извлечения запасов участков шахтных полей
2 Разработана методика обоснования прогрессивных пространственно-
планировочных решений, обеспечивающих эффективную и безопасную отра
ботку запасов угольных пластов при минимальных потерях угля в недрах
3 Скорректирована методика определения нагрузки на длинный комплекс
но-механизированный очистной забой с учетом параметров предохранитель
ных целиков у подготовительных выработок
Научное значение работы заключается в разработке методики обоснования прогрессивных технологий разработки угольных пластов на базе рациональных сочетаний длинных и коротких очистных забоев с учетом влияния комплекса природных и горнотехнических факторов на технологичность и полноту отработки запасов участков шахтных полей.
Практическое значение работы состоит в разработке рекомендаций по повышению эффективности отработки запасов выемочных участков на базе рациональных сочетаний длинных и коротких очистных забоев, внедрение которых обеспечивает реализацию возможности более полной отработки запасов угольных пластов, в том числе в списанных и в целиках различного
назначения
Реализация выводов и рекомендаций. Варианты рационального сочетания технологий разработки угольных пластов на базе высокопроизводительных длинных и коротких комплексно-механизированных лав, агрегатно-гидравлической технологии, камерных и камерно-столбовых технологий очистной выемки использованы при составлении программ развития горных работ на шахтах ОАО «ОУК Южкузбассуголь» и ОАО «Воркута-уголь»
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на научном симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, 2005-2007гг.), Научно-техническом совете ОАО ОУК «Южкузбассуголь» (Новокузнецк, 2007гг), ОАО «Воркутауголь» (Воркута, 2006г), научном семинаре кафедры ПРПМ Московского государственного горного университета (Москва, 2005-2007гг)
Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 научные статьи Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 разделов и заключения, содержит 37 рисунков, 25 таблиц, список литературы из 109 наименований
Автор выражает благодарность доктору технических наук, профессору Михееву О В за консультации при выполнении работы
Анализ технологий отработки угольных пластов короткими комплексно-механизированными очистными забоями
За рубежом накоплен значительный опыт отработки участков со сложными горно-геологическими условиями и целиков с ограниченными запасами угля короткими лавами. Для коротких лав созданы специальные средства комплексной механизации: малогабаритный одношнековый комбайн, угловой лавно-штрековый скребковый конвейер, секции щитовой крепи со скалывающими выдвижными верхняками. Применение этого оборудования на пластах со слабой, весьма неустойчивой кровлей позволило обеспечить многомесячную работу коротких лав со среднесуточной нагрузкой на забой 1300-1700 т и производительностью труда рабочего по участку 45-75 т/смену [48,49, 55].
Для отработки нарушенных участков неправильной формы подготовка выемочных столбов производится из одной или двух базисных выработок. Выделяют несколько характерных групп подготовки и отработки целиков угля различной, в том числе и неправильной формы, в зависимости от расположения намечаемого к отработке участка по отношению к геологическому нарушению, массиву угля или выработанному пространству, проведения одного или двух выемочных штреков и т. д. (рис. 1.1).
В зависимости от размеров оставленного целика, его формы и горнотехнических условий подготовка выемочного участка может осуществляться по классической схеме - двумя выемочными штреками (рис. 1,а), одним штреком с отработкой на один штрек - тупиковым забоем с использованием вентилятора местного проветривания (рис. 1, б), двумя штреками для отработки выемочного участка спаренными павами, одной с традиционным длинным забоем, а второй - коротким тупиковым (рис. 1, в и д).
В зависимости от влияния соседнего очистного забоя выемка оставленного целика угля может осуществляться с опережением соседнего очистного забоя (рис. 1, г), после выемки последнего (рис. 1, е), одновременно с соседним забоем спаренными лавами (рис. 1, д) и, наконец, независимо от очистных работ на соседних участка спаренными лавами, одной с традиционным длинным забоем, а второй - коротким тупиковым (рис. 1, в и д). В зависимости от влияния соседнего очистного забоя выемка оставленного целика угля может осуществляться с опережением соседнего очистного забоя (рис. 1, г), после выемки последнего (рис. 1, е), одновременно с соседним забоем спаренными лавами (рис. 1,д)и, наконец, независимо от очистных работ на соседних участках, например, между непереходимыми тектоническими нарушениями, у старых погашенных выработок, у крае вой части шахтного поля.
Технико-экономические показатели работы коротких комплексно-механизированных лав на шахте «Штольценбах» приведены в табл. 1.1.
В Великобритании [55] короткие лавы, как тупиковые с вентиляторами местного проветривания, так и отрабатываемые на два штрека, применяются в основном в качестве резервных для компенсации снижения добычи угля в случае выхода из строя длинного очистного забоя, а также для отработки целиков угля. Например, такие лавы на шахтах «Солгерс» (рис. 1.2.), "Сепби", «Мишем», «Шервуд» и других как на негазовых, так и на газовых длиной 40-60 м оборудовались теми же комплексами, что и длинные очистные забои.
Для коротких лав установлено, что подвигание очистного забоя существенно зависит от состояния сопряжения лавы со штреком, поддержание которого является весьма трудоемким процессом, и при скорости подвигания более 5 м/сут требует высокого уровня организации труда.
Короткими лавами эффективно отрабатывалась часть запасов угля, которые ранее обычно списывались, что обеспечивало безопасность отработки смежных пластов, опасных по горным ударам.
Две лавы, подготавливаемые двумя штреками успешно отработаны на шахте «ЧСА» и одна на шахте «1-е Мая». Лавы на шахте «ЧСА» отрабатывались под выработанным пространством верхнего слоя, ранее извлеченного с обрушением кровли и с закладкой. Мощность нижнего слоя изменялась от 2,3 до 2,8 м. Пласт отнесен к категории удароопасных, наличие метана незначительное. Лавы были разделены зоной сброса с амплитудой до 16 м. Длина выемочных столбов составляла соответственно 385 и 136 м, длина лав изменялась в пределах 9-34 м и 14-42 м.
Из данных табл. 1.2 и 1.3 видно, что при подготовке выемочных участков двумя штреками были достигнуты более высокие показатели как по нагрузке на забой, так и по производительности труда. При оценке эффективности отработки целиков короткими лавами было установлено, что затраты на 1 т добытого угля при отработке короткими лавами равны или несколько меньше затрат при отработке длинными лавами с закладкой.
эффективности отработки целиков короткими лавами было установлено, что затраты на 1 т добытого угля при отработке короткими лавами равны или несколько меньше затрат при отработке длинными лавами с закладкой.
На шахте "Ариакэ" внедрение коротких лав на пласте мощностью 2,5 м с углом падения 3-6 было вызвано угрозой большого притока воды в горные выработки, связанного с опережающей разработкой.
Главными достоинствами системы разработки короткими лавами являются ее универсальность и широкие возможности применения на шахтах для извлечения больших размеров целиков угля проходческими комбайнами. То обстоятельство, что панель может быть подготовлена и разработана одними и теми же комбайнами и самоходными вагонетками с добавлением только механизированной крепи, делает данную систему разработки эффективной.
Геомеханическое обоснование параметров технологических схем с рациональным сочетанием технологий разработки угольных пластов
На основании системной характеристики влияния основных горногеологических и горнотехнических факторов, а также степени соответствия синтезируемых технологий сформулированным принципам разработана принципиальная схема рационального сочетания длинных и коротких очистных забоев, позволяющая повысить эффективность и безопасность подземной добычи угля .
В основу геомеханического обоснования предложенной принципиальной схемы положены многолетние наблюдения ВНИИгидроугля за состоянием нарезных выработок приотработке угольных пластов короткими забоями и рекомендуемые технологические схемы, в которых зафиксирована закономерность снижения интенсивности опорного давления на короткие очистные забои по сравнению с длинными. Эта закономерность объясняется влиянием подзавальных целиков на обрушение непосредственной кровли и осадки основной кровли. Опыт гидродобычи угля в Кузбассе показал [84], что возможно достаточно безопасно и эффективно короткими забоями отрабатывать широкие угольные целики, остающиеся в выработанном пространстве после опережающей отработки выемочного столба ДКМОЗ (см. рис 1.10-1.13).
Для расчета напряженного состояния широких угольных целиков - выемочных столбов ККМОЗ, КМОЗ или КГМОЗ целесообразно применение методики ВНИИгидроугля [74], в соответствии с которой оценку распределения вертикальных напряжений в угольном пласте производят с помощью интегральной палетки, представленной на рис. 2.4. Параметры интегральной палетки рассчитываются с учетом структуры кровли пласта по геологоразведочным данным или при их отсутствии по усредненным данным для шахт.
Палетка представляет собой систему точек, расположенных на пересечении двух координатных линий: радиальных, следующих с угловым шагом 15 и окружных, следующих с шагом в долях ее главного параметра Ьинт, а именно 0,311; 0,579; 0,771; 0,94 ; 1,1; 1,255 ; 1,41; 1,568; ; 1,735 ; 1,913; 2,109; 2,333; 2,606; 2,996; 4; 5,408. Таким образом на палетке образуется 384 точки, которые размещены с убывающей от центра плотностью.
Размещая палетку над конкретной точкой массива, производят подсчетколичества точек п, оказавшихся в выработанном пространстве. Выполняют перемещение центра палетки в следующую точку и повторяют подсчет п. Затем для всех точек производится расчет коэффициента концентрации напряжений.
Таким образом для участка пласта, граничащего с выработанным про странством получают распределение коэффициента концентрации напряжений Анализ значений коэффициента концентрации напряжений на краю и в середине целиков различной ширины (табл 2.4.) показал, что существенное снижение наблюдается при увеличении ширины целика от 0,1 - 0,2 до 0,3 - 0,5. Дальнейшее увеличение ширины целика приводит к незначительному снижению значений коэффициента концентрации напряжений в середине целиков.
Следует отметить, что палетка, как и другие аналитические методы, дает лишь качественную картину. Для оценки количественных значений напряжений в методике ВНИИгидроугля рекомендуется производить экспериментальные исследования.
Однако, для геомеханического обоснования отработки угольных целиков и формирования вариантов технологии на базе сочетания длинных и коротких очистных забоев, достаточно качественного подтверждения.
Для оценки прочности целиков, автор предлагает воспользоваться надежными данными, положенными в основу нормативного документа «Указаний ВНИМИ» [ 92 ], согласно которым по номограмме можно определить ширину шоны опорного давления (рис.2.7). Из номограммы, например, для пластов средней мощности ширина зоны опорного давления (при увеличении глубины горных работ от 100 до 500 м) изменяется от 40 до 80 м. Таким образом, принимая ширину выемочных полос для коротких забоев в таких же параметров, возможно надежно обеспечить минимальное влияние опорного давления на состояние подготовительных выработок выемочного столба, отрабатываемого ДКМОЗ. Геомеханическое обоснование параметров технологических схем рационального сочетания синтезированных технологий разработки угольных пластов показало, что особенности короткозабойньк способов выемки угля [74] определяют эффективность их применения и выбор параметров технологических схем в зависимости от принятого способа управления горным давлением, способности кровли угольного пласта создавать устойчивые пролеты и от характера поведения опорных угольных целиков под нагрузкой. При этом для оценки устойчивости угольных целиков необходимо определить: несущую способность целика, величину нагрузки, действующей на целик, и коэффициент запаса его прочности.
Результаты обоснования параметров целиков различного назначения
Технология разработки пластов короткими забоями характеризуется активным управлением горным давлением, которое осуществляется с помощью правильно выбранных взаимосвязанных параметров камер и целиков. Эти параметры должны обеспечивать устойчивость угольных целиков и камер и исключить концентрацию нагрузок, вызывающую внезапное разрушение целиков в динамической форме.
Нагружение угольных целиков носит сложный характер. Наряду с общими закономерностями деформирования, есть закономерности, носящие случайный характер, которые могут повлиять на устойчивость всей системы целиков. К таким закономерностям следует отнести переменный во времени характер нарастания или падения вертикальных напряжений по высоте и ширине целиков, как отдельных целиков, так и смежных, превышение в ряде случаев горизонтальной составляющей напряжений над вертикальными и другие. Такой характер напряженно-деформированного состояния должен учитываться коэффициентом запаса, который требует специального обоснования.
В настоящее время существует несколько научных методов расчета размера целиков и устойчивых обнажений кровли (потолочин). Общепринято считать, что устойчивость потолочин и междукамерных целиков в зависимости от глубины разработки и вынимаемой мощности определяется физико-механическими и прочностными свойствами угля и вмещающих пород, схемой формирования камер в пределах выемочного блока и скоростью отработки. При этом следует различать временную устойчивость целиков и потолочин для обеспечения безопасности на период от работки отдельных камер и длительную устойчивость, необходимую для оценки возможности безопасной выемки запасов на планируемой площади.
В общем случае деформирование и разрушение угольных целиков определяются режимом их взаимодействия с породами кровли и почвы, т.е. соотношением жесткости угольного и породного массивов, а также условиями сцепления по контактам. При наличии этих данных можно строить обобщенные эпюры распределения нагрузок на целики, что повысит надежность оценки их устойчивости. При отсутствии достоверных данных режим работы целиков надежно может быть установлен лишь по результатам инструментальных наблюдений за формированием полей напряжений и степенью удароопасности целиков с развитием фронта работ, состоянием потолочины в камерах и их критических параметров, физико-механическими испытаниями вмещающих пород и угля для каждого конкретного подготавливаемого к отработке камерной системой участка пласта.
Это требование вызвано еще и тем обстоятельством, что каждый подготавливаемый участок имеет свое исходное поле напряжений и свои геомеханические особенности, и может быть: полностью разгружен от горного и газового давления отработкой соседних пластов в свите; не разгружен от горного и газового давления в связи с его первоочередной отработкой; частично разгружен; пригружен в зонах повышенного горного давления от целиков, оставленных на соседних пластах; нагружен наложением зон опорного давления от соседнего отработанного пространства вокруг него (в особо сложных условиях). Поэтому на каждый подготавливаемый к отработке камерной системой участок требуется геомеханическое обоснование элементов и параметров технологической схемы, а также разработка специальной схемы осуществления контроля за напряженным и удароопасным состоянием массива для обеспечения безопасной отработки.
В связи с изложенным, представленные экспериментальные технологические схемы разработки пластов короткими забоями оценивались по усредненным физико-механическим и прочим исходным данным на основе расчета отдельных параметров системы по методикам и нормативным документам ВНИМИ [61, 92, 106]. Технология применяется при мощности пласта 1,3-3,0 м, угле падения 0-30, устойчивой и средней устойчивости непосредственной кровле в ранее оставленных краевых частях пласта и целиках, вытянутых как по падению, так и по простиранию. При этом очистной забой длиной 20-50 м оборудуется комплексом типа КМКЛ отечественного производства или VME - германского, и пласт отрабатываются полосами по падению или простиранию.
При отработке пласта полосами по падению (см. рис. 3.1) выемочный участок наклонной высотой до 300 м оконтуривается конвейерным, вентиляционным штреками и разрезной печью. На вентиляционном штреке от разрезной печи на выход монтируется механизированный комплекс длиной до 50 м, который подвигается по падению с транспортированием отбитого угля скребковыми конвейерами вдоль забоя и по разрезной печи.
По мере подвигания комплекса по падению за ним формируется вентиляционная печь" по мощности пласта без подрывки боковых пород путем крепления выработанного пространства у оставшегося массива угля на ширину 4-5 м и ограждения его от обрушающегося закрепного пространства лавы органной крепью. После отработки полосы на всю наклонную высоту комплекс демонтируется на конвейерном штреке и вновь монтируется на вентиляционном штреке для отработки следующей полосы. При этом вентиляционная печь оборудуется скребковым конвейером и служит в качестве конвейерной печи в следующей полосе.
При отработке пласта полосами по простиранию (рис.3.2 и 3.3) выемочный участок подготавливается проведением конвейерного штрека и разрезной печи, сбиваемых с ранее пройденными транспортной и вентиляционной панельными выработками, для сохранения которых оставляются целики угля шириной не менее 15 м.
Рекомендуемые варианты технологии отработки угольных пластов короткими комплексно-механизированными очистными забоями
Разработка вариантов технологии отработки угольных пластов короткими лавами с выемкой угля механизированными комплексами осуществлялась в условиях ОАО "Шахта Егозовская» (бывшая шахта Ярославского), при отработке пласта «Поджуринского 1» с учетом результатов, полученных В.П.Тациенко [59].
Лава № 941 подготавливается в уклонном поле № 93 блока 1 пл. Поджуринского -1. Длина столба по простиранию составляет 1205 м от границы целика у путевого уклона № 93 до предохранительного целика под венти-ляционный ствол № 3. Длина очистного забоя 50 м. Угол наклона по лаве 1 - 5 , по штрекам 1 - 3. Глубина отработки 225-270 м. Вынимаемая мощность- 1,7 м.
Пласт «Поджуринский 1» сложного строения состоит из двух угольных пачек, разделенных прослойком слабого аргиллита, размокающего в воде. Средняя мощность пласта составляет 1,97 м - (1.43 (0.08)0.46.). Нижняя, некондиционная пачка угля, мощностью 0,55 м, отделена от пласта прослоем алевролита мощностью 0,80 м и на балансе шахты не числится. Марка угля "Д", зольность пластовая 12,1 %, угольных пачек - 5,7 %, влажность -7,3 %, выход летучих веществ -42,6 %, содержание серы -0,32 %, теплотворная способность - 7710 ккал/кг. Сопротивление угля резанию 1,4-1,5 МПа. Пласт «Поджуринский 1» самовозгорающийся, опасен по взрыву угольной пыли, угрожаемый по горным ударам с глубины 150 м , внезапных выбросов угля и газа на шахте не отмечалось. Самозарубка комбайна в пласт угля производится с вентиляционного штрека. Комбайн, двигаясь с вентиляционного штрека к конвейерному, отбивает уголь верхней части пласта и грузит его на конвейер. Комбайн при своем движении тянет за собой траковую цепь кабелеукладчика. Закончив отбойку верхней ленты, шнек комбайна опускается на почву и движется обратно и при этом шнек отбивает и грузит нижнюю часть пласта.
Крепление призабойного пространства лавы осуществляется с соседней, еще не передвинутой секции с помощью рукояток распределителя. После передвижки крепи сопряжения 2КМКЛ с приводной головкой главного конвейера А-26, уменьшается натяжение ленты 1ЛТ-80. В это время электрослесарь находится у натяжной станции. Во время сокращения концевого устройства 1ЛТ-80 привод конвейера должен быть выключен. При образовании зазора между крепью сопряжения и первой лавной секцией более 0,3 м, на каждом цикле выемки угля производится перетяжка обнаженного пространства.
При этом среднемесячная нагрузка в короткой лаве № 941 (максимальная нагрузка 1700 т/сут.) выше в 2 раза по сравнению с очистными забоями длиной 110 м, оборудованными комплексом 4 ОКП-70. За счет снижения трудоемкости работ на концевых операциях технологического цикла и операциях, связанных с управлением кровлей произошло сокращение численности ГРОЗ с 75 до 57 чел. Участковая себестоимость добычи угля снизилась примерно на 15%
В процессе рассмотрения технологии отработки угольных пластов короткими очистными забоями большое внимание уделялось контролю и управлению газовыделением, так как в отечественной практике данный вопрос практически не изучен для условий отработки газоносных угольных пластов со скоростью подвигания лав 10-20 м/сут. В процессе проведения исследований также были выявлены следующие положительные особенности коротколавной технологии. 1. Практически полностью исключается обрушение в призабойное пространство ложной неустойчивой кровли и, как следствие, происходит снижение зольности угля. 2.Отсутствует отжим угля от забоя и его попадание на комбайновую дорожку, что может приводить к дополнительному измельчению угля и, какследствие, снижению выхода сортового угля. 3. Величение шага обрушения пород непосредственной и основной кровли (в 3-5 раз) в выработанном пространстве снижает негативное влияние пород кровли на силовой режим работы механизированной крепи. Выявленные положительные особенности коротколавной технологии можно объяснить высокой скоростью подвигания очистного забоя, увеличением скорости крепления кровли вслед за проходом очистного комбайна и применения механизированной крепи с высоким начальным распором, передвижкой ее в процессе выемки угля с активным подпором порядка 8-Ю кН.
С учетом того, что пласт «Поджуринский 1» является склонным к горным ударам в процессе его отработки в лаве № 941 осуществлялись работы по прогнозу удароопасности. До начала очистных работ прогноз удароопасности осуществлялся из разрезной печи в сторону подготовленного выемочного участка. По мере отработки столба контроль за напряженным и удароопасным состоянием массива осуществлялся через 20 м подвигания забоя бурением прогнозных шпуров на 5-8 м впереди очистного забоя в массив. Схема бурения прогнозных шпуров в лаве № 941 При отработке всего выемочного столба длиной 1200 м проводимый прогноз постоянно показывал безопасные условия отработки угольного пласта.
Анализ полученных результатов показал эффективность предложенных технологических схем и их элементов, что свидетельствует о значительных резервах повышения эффективности выемки угля короткими лавами, особенно при отработке запасов в сложных горно-геологических условиях и на участках шахтного поля ограниченных размеров и в целиках.
В диссертации разработаны основные требования к параметрам синтезируемых технологий очистной выемки угля с применением различного добычного оборудования. Основные требования к механизированным крепям заключаются в следующем: конструктивная схема - щитовая двухстоечная однорядная, имеющая четырехзвенный механизм для обеспечения её поперечной устойчивости. К ним относятся крепи отечественного производства М144Б, М174, КМ800, КМ1000, КМ1400, К700/800, М138/2, МКТ и зарубежного производства - ДБТ220/480, «Джой», «Глиник», «Фазос». В сложных горногеологических условиях следует применять перекрытия с управляемыми и выдвижными козырьками.
Для уменьшения давления на носок основания на забойном портале необходимо установить домкрат подъема. Ограждения и перекрытия рекомендуется оснащать выдвижными бортами, обеспечивающими перекрытие межсекционных зазоров и продольную корректировку положения секции в пространстве. Механизмы удержания забоя необходимо выполнять в виде ограждающего щита, либо более сложной системой, выполненной на базе четырехзвенного механизма, который позволяет разворачивать щит на 180. Для неустойчивых кровель рекомендуются выдвижные консоли, обеспечивающие быстрое крепление кровли вслед за проходом комбайна.
