Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ использования и направлений совершенствования технологических схем отработки выемочных полей со сложной конфигурацией .
1.1. Особенности горно-геологических и горнотехническихусловий отработки выемочных полей в период строительства иреформирования шахтного фонда 7
1.2. Анализ практики использования технологий отработкизапасов в сложных горно-геологических условиях 16
1.3. Опыт отработки выемочных полей, имеющих участки сложнойконфигурации с ограниченными запасами 23
1.4. Цель, идея, задачи и методы исследований 42
Выводы 45
2. Методика обоснования проектных решений по эффективной отработке запасов участков угольных месторождений сложной конфигурации .
2.1. Характеристика оставленных целиков угля как объектовобоснования проектных решений вовлечения их в отработку 46
2.2. Опыт отработки выемочных полей сложной конфигурации сограниченными запасами угля 50
2.3. Характеристика горношахтного оборудования для отработки выемочных участков сложной конфигурации с ограниченными запасамиугля 54
2.4. Принципы формирования технологий отработки выемочныхучастков сложной конфигурации с ограниченными запасами угля 62
2.5. Методика исследования технологий отработки выемочныхучастков сложной конфигурации с ограниченными запасами угля 70
Выводы 75
3. Исследование технологии отработки выемочных участков сложной конфигурации с ограниченнымизапасами угля .
3.1 Технологии отработки выемочных участков длинными очистными забоями с криволинейной траекторией движения линииочистного забоя 77
3.2 Технологии отработки выемочных участков камерно-столбовыми и камерными системами разработки 78
3.3. Технологии отработки выемочных участков короткими лавамис креплением призабойного пространства 83
3.4 Технология отработки выемочных участков без крепленияпризабойного пространства 92
3.5. Технология отработки выемочных участков с использованиемгидромеханизации 103
Выводы 117
4. Рекомендуемые варианты рациональных сочетаний технологий разработки угольных пластов
4.1. Рекомендуемые варианты высокопроизводительной отработкиугольных пластов длинными комплексно-механизированнымиочистными забоями 118
4.2. Рекомендуемые варианты технологии отработки угольныхпластов короткими комплексно-механизированными очистнымизабоями 126
4.3. Рекомендуемые варианты технологии отработки угольныхпластов короткими очистными забоями с использованиемгидромониторных и механогидравлических агрегатов 137
4.4. Разработка агрегатов с использованием тонких струй дляочистной выемки угля 141
Выводы 159
Заключение 161
Список литературы 163
- Анализ практики использования технологий отработкизапасов в сложных горно-геологических условиях
- Опыт отработки выемочных полей сложной конфигурации сограниченными запасами угля
- Технологии отработки выемочных участков камерно-столбовыми и камерными системами разработки
- Рекомендуемые варианты технологии отработки угольныхпластов короткими комплексно-механизированными очистнымизабоями
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в угольной отрасли продолжается преобразование шахтного фонда, которое по предварительным оценкам закончится в 2012 году. Основная его цель - создание высокоэффективного шахтного фонда угольных компаний России. Практически все шахты в частности Кузбасса переоснащаются импортным горно-шахтным оборудованием, имеющим высокую производительность и надежность. Однако применение высокопроизводительного оборудования требует благоприятных условий ведения горных работ.
При использовании традиционных проектных решений перспективные угольные запасы на действующих шахтах будут отработаны в течение ближайших 8-10 лет. Одновременно с этим на шахтах остается значительное количество запасов участков со сложной конфигурацией. Только на шахтах Центрального и Северного Кузбасса объем таких запасов составляет порядка 250 млн.тонн, а в целом по России - около 600 млн.тонн. При проектировании новых горизонтов строящихся и действующих шахт и обосновании параметров схем вскрытия и подготовки в целях оптимизации эксплуатационных затрат считается нецелесообразным вовлекать в отработку запасы в участках со сложной конфигурацией. Однако в процессе обоснования проектных решений не принимается во внимание, что увеличение полноты извлечения значительно сокращает удельные капитальные вложения и способствует продлению срока службы шахты. Вовлечение в отработку таких запасов должно обеспечиваться на стадии проектирования новых горизонтов. В проектные решения должны быть заложены адаптивные технологии и технические средства, обеспечивающие полноту выемки запасов угля. В соответствии с этим исследования, направленные на обоснование рациональных схем вскрытия, подготовки и отработки запасов участков шахтных полей со сложной конфигурацией, обеспечивающих максимальное извлечение, являются актуальными.
Цель работы - обоснование проектных решений по эффективной отработке запасов участков угольных месторождений сложной конфигурации на основе использования адаптивных технологий и технических средств,
обеспечивающих повышение полноты извлечения запасов, интенсивности и эффективности эксплуатации месторождений.
Идея работы состоит в реализации комплексного подхода к разработке проектных решений, основанных на использовании эффективных технологий, адаптированных к условиям участков угольных месторождений сложной конфигурации с ограниченными запасами.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
повышение полноты извлечения запасов угольных месторождений достигается за счет вовлечения в отработку участков шахтных полей сложной конфигурации с ограниченными запасами угля с применением мобильных малозатратных технологий очистной выемки;
проектные решения по отработке запасов участков шахтных полей сложной конфигурации с ограниченными запасами угля должны базироваться на технических и технологических решениях, обеспечивающих максимальное использование георесурсного потенциала месторождения;
обоснование проектных решений, базирующихся на использовании прогрессивных технологий отработки запасов оставленных участков шахтных полей, осуществляется по критериям, учитывающим иерархию технологической и экономической целесообразности вовлечения их в отработку;
- разработка проектных решений, основанных на применении мобильных
малозатратных технологий очистных работ оставленных запасов угля с
использованием коротких лав позволяет повысить эффективность эксплуатации
и продлить срок службы действующих и подлежащих ликвидации шахт.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются:
достаточным объемом геолого-маркшейдерской информации о неотра-батываемых участках шахтных полей сложной конфигурации с ограниченными запасами угля (14 шахт, 39 участков) и вариантах принципиальных технологических схем очистных работ (19 технологических схем), а также представительным периодом анализа информации (последние 10 лет);
корректным использованием современных методов исследований;
положительными результатами внедрения технологических решений на шахтах им. Ярославского («Егозовская») и им. 7-го Ноября.
Новизна научных результатов заключается в:
- разработана экономико-математическая модель, позволяющая из
множества вариантов, представляемых в виде технологических схем отработки
запасов участков со сложной конфигурацией и ограниченными запасами,
выбрать наиболее эффективный, а также оценить целесообразность вовлечения
в отработку таких запасов с учётом конъюнктуры рынка угольной продукции;
- разработана структура технологической модели, реализуемой для любых
совместимых сочетаний схем подготовки, систем разработки и
технологических средств отработки запасов угля на участках сложной
конфигурации.
Научное значение диссертации заключается в разработке методических положений по обоснованию проектных решений по отработке участков шахтных полей сложной конфигурации с ограниченными запасами угля на основе установления закономерностей влияния горно-геологических и горнотехнических условий на эффективность очистных работ в границах этих участков.
Практическое значение работы состоит в разработке рекомендаций по отработке запасов участков шахтных полей сложной конфигурации с ограниченными запасами угля, применение которых позволяет продлить срок службы шахт и повысить эффективность их работы.
Реализация выводов и рекомендаций. Научные результаты и практические рекомендации, изложенные в диссертации, использованы при составлении программ развития горных работ на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс», а также при отработке оставленных запасов на шахтах им. Ярославского («Егозовская») и им. 7-го Ноября, что обеспечило добычу свыше 750 тыс. т угля.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на научных симпозиумах в рамках «Недели горняка» (Москва, 2006-2010гг.), научно-техническом совете ОАО «СУЭК-Кузбасс» (Кемерово, 2008г.), научных семинарах кафедры «Подземная разработка пластовых месторождений» Московского государственного горного университета (Москва, 2006 -2010гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 научные статьи. Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 разделов, заключения, содержит 58 рис, 17 таблиц, список литературы из 89 наименований.
Автор выражает благодарность за консультации при выполнении диссертации кандидату технических наук Л.И. Шулятьевои, а также сотрудникам кафедры ПРПМ МГГУ за ценные замечания и рекомендации.
Анализ практики использования технологий отработкизапасов в сложных горно-геологических условиях
Решения по техническому и технологическому перевооружению шахт основаны на следующих принципах [24, 30, 37, 39]: - создание и внедрение высокопроизводительного и надёжного очистного оборудования, ориентированного на забои длиной до 300 м и суточные нагрузки по добыче угля до 10 тыс.т; - перестройка горного, транспортного и вентиляционного хозяйства шахт, обеспечивающая увеличение размеров выемочных полей до 1,5-2,5 км, существенное увеличение сечения горных выработок с целью улучшения проветривания горных работ и обеспечения безаварийной работы транспорта; - концентрация очистных работ с резким повышением нагрузки на лаву, переход на технологические схемы "шахта - лава" или "лава-пласт" для крупных предприятий с двумя - тремя действующими очистными забоями на шахте. Одной из главных задач в решении сформулированных основных направлений технического перевооружения являются вопросы развития горного машиностроения или внедрение высокопроизводительного импортного горного оборудования [43]. Инициатива предприятий военно-промышленного комплекса (ВПК) позволила практически решить самую главную проблему угольной отрасли - ускорить технико-технологическое перевооружение угольного производства и значительно повысить его эффективность. Рассмотрим некоторые основополагающие положения технического перевооружения угольной отрасли. На входящем в состав ВПК Юргинском машиностроительном заводе был изготовлен первый механизированный комплекс очистного оборудования КМ-138 для шахты "Распадекая" и предусмотрено дальнейшее изготовление аналогичных комплексов для других шахт впервые оснащённых разработанной институтом НИИКЕ изготовленной на Томском приборном заводе системой электрогидравлического управления САУК-138. На Анжерском машзаводе освоено производство скребковых конвейеров СГЩ-217 для очистных забоев и осуществляется их дальнейшее совершенствование с целью увеличения производительности ("Анжера-26", "Айжера-30"). Институтом "Сибгормаш" разработан транспортный комплекс в составе лавного конвейера СПЦ-217 более совершенной конструкции, унифицированного скребкового перегружателя и молотковой дробилки. Новосибирским заводом «Тяжстанкогидропрогресс» освоено производство механизированного очистного комплекса KM-I42, который оснащен силовой гидравликой Юргинского машзавода и электрогидравлической системой Томского приборного завода. ОАО "Кузбассуглемаш" вместо четырёхстоечного мехкомплекса KM-I38 выпускается двухстоечный комплекс KM-I38-2 с автоматизированной системой управления САУК-138, типаж которого охватит мощности взимаемых пластов от 1,2 до 2,9 м. ОАО "Гипроуглемаш" создан механизированный комплекс КМ-146 на вынимаемую мощность пластов 1,2-2,6 м, который выпускается фирмой «Завод-Недра».
Институтом ПНИУИ разработан механизированный комплекс КМ-700 на мощность пластов 1,2-2,5 м и выпускается на ОАО "Кран", а также мехкомплекс 2КБП на пласты мощностью 1,0-1,4 м, который уже работает на шахтах Кузбасса.
Прошел испытания на шахте «Октябрьская» и выпускается механизированный комплекс KM-I44 для пластов 1,0-3,2 м. Реализуются и многие другие не менее важные прогрессивные направления совершенствования техники и технологии угледобычи [24, 25, 37, 39].
Критерием технического перевооружения шахт является технический уровень производства, под которым понимается достигнутое совокупное состояние развития вещественных элементов производительных сил [43].
Технический уровень производства определяется показателями среднесуточной нагрузки на шахту, среднемесячной производительностью труда рабочего по добыче угля, удельным проведением горных выработок, их сечением, скоростью проведения и трудоёмкостью проходческих работ, уровнем конвейеризации горных транспортных выработок, трудоёмкостью работ по поддержанию выработок и работ на поверхности шахты.
На основании анализа состояния технического уровня производственных процессов разработаны конкретные решения технического и технологического перевооружения шахт Ленинского района Кузбасса, сущность которых заключается в следующем.
Планирование развития горных работ на шахтах предусматривает увеличение длины выемочных столбов до 2,0-2,5 тыс.м и длину очистных забоев до 160-220 м, с увеличением запасов угля в столбе 1,5-2,0 раза; применение более совершенных схем отработки с использованием разворота мехкомплексов на 180 при переводе в другую лаву, применением спаренных очистных забоев и сохранением штреков для повторного использования.
Переоснащение шахт горнотехническим оборудованием предполагает внедрение механизированных комплексны очистного оборудования нового технического уровня - KM-I38, KM-I44, KM-I42, МК-85; мехкомплексов с угловыми забойными конвейерами и крепей сопряжений высотой до 5-ти м; мощных конвейеров для вспомогательного транспорта и ленточных перегружателей на монорельсе.
Совершенствование технологических процессов, [4] способов и технических средств ведения горно-подготовительных работ предполагает применение технологических схем и высокоэффективных материалов упрочнения углепородного массива при переходе очистными работами серьёзных геологических нарушений в пределах выемочных участков, увеличение объёма крепления горных выработок анкерами, в том числе малого диаметра, винтовыми и трубчатыми.
В результате целого ряда теоретических и экспериментальных исследований установлены рациональные параметры горных работ, обеспечивающие рентабельность угольного производства в современных экономических условиях. Основными выводами данного исследования являются следующие: - интенсивный рост горного давления на механизированную крепь в зависимости от физико-механических свойств вмещающих пород наблюдается при увеличении длины очистного забоя до 110-150 м. Дальнейшее увеличение длины забоя сопровождается ростом нагрузки на крепь на 10-20%; - максимальная динамика проявления горного давления имеет место при длинах забоев 110-120 м, повышенная динамика - при 60-70 м, минимальная при 150-160 и 80-90 м; - интенсивный рост проявления отжима угля происходит в интервале длины очистного забоя 80-120 м. Не менее важным параметром эффективности использования механизированных комплексов является длина очистного забоя, которая изменяется в весьма широких предках: длину лавы в пределах 60-100 м имеют 10% комплексно-механизированных очистных забоев; длину 100-150 м - около 59%; только 18 забоев имеют длину более 150 м. Соответствующим анализом установлено, что по указанным факторам в условиях шахт Ленинского района Кузбасса целесообразно иметь длину лавы, оборудованную комплексами типа 40КП-70 - в пределах 120-130 м, 2КП-70 -130 - 140 м, КМ-138, КМ-142, КМ-144 - 180 - 220 м. Для обеспечения ритмичной работы шахт по добыче угля обязательно наличие определённого и достаточного количества действующих очистных забоев со стабильной нагрузкой, что может быть обеспечено за счёт своевременного ввода в действие новых комплексно-механизированных забоев в замен планово выбывающих забоев.
Опыт отработки выемочных полей сложной конфигурации сограниченными запасами угля
Значительную техническую и технологическую сложность представляет отработка запасов участков с ограниченными запасами и сложной конфигурацией. Для шахт Кузнецкого бассейна важными источниками пополнения запасов, годных к выемке являются ранее законсервированные запасы под охранными объектами, запасы в предохранительных и прочих целиках, а также ограниченные запасы участков со сложной конфигурацией, ранее оставленные при отработке пластов и не требующие больших дополнительных затрат на их подготовку. Отработка таких запасов имеет следующие особенности: - участки имеют весьма ограниченные размеры, поэтому для их подготовки требуется поддержание большого объема нарезных выработок на 1000 т добычи (в 2-3 раза больше, чем на обычных участках) и монтажно демонтажных работ технологического оборудования; - разработка этих участков при применении обычной технологии и средств комплексной механизации ведет к увеличению себестоимости угля в 1,3-1,5 раза; - участки имеют сложную конфигурацию, что определяет изменчивость длины очистного забоя, что связано со значительными трудовыми затратами по креплению выемочной выработки; - участки, как правило, либо находятся в зоне концентрации напряжений или в зоне разрушенных пород, в том и другом случае необходимо изыскать способы охраны подготовительных выработок. Поэтому эффективность разработки таких участков зависит от результатов изыскания новых технологических схем и средств механизации, которые позволили бы значительно снизить протяженность проводимых, поддерживаемых выработок и монтажно-демонтажных работ транспортно-выемочного оборудования. Это может быть достигнуто, если в новых технологических схемах можно было бы использовать имеющиеся средства комплексной механизации, составленные из проверенных в промышленных условиях базовых элементов и узлов.
В практике отработки таких участков нашли применение варианты технологических схем выемки целиков и локальных участков на базе существующих или перспективных средств механизации. Технологическая схема выемки целиков и локальных участков при системе разработки без предварительной нарезки столбов.
По данной технологической схеме предварительно проводится одна (конвейерная) выработка. При кровлях 1-го и 2-го типов выработка, как правило, проводится вприсечку к ранее отработанному пространству, а при кровлях 3-го типа - с оставлением 2-х и 3-х метрового целиков. Возведение второй (вентиляционной) выработки ведется в процессе очистных работ креплением верхней части лавы.
В основу технологической схемы положены технические решения, принятые при разработке технологических схем разработки пологого пласта полосами по восстанию (падению) без предварительной нарезки полос и технологических схем бесцеликовой разработки с повторным использованием выработок. В качестве средств механизации в технологической схеме могут применяться как перспективный механизированный комплекс КТ, так и серийные.
Особенностью комплекса КТ является наличие в его составе специальной штрековой крепи многократного использования, которая по мере погашения конвейерной выработки извлекается, перемещается вдоль лавы и устанавливается в формируемой вентиляционной выработке. Для удобства перемещения штрековая крепь имеет складывающуюся конструкцию. Лавная крепь сконструирована на базе механизированной крепи М87 и имеет специальные направляющие для перемещения штрековой крепи. Длина очистного забоя составляет 20-40 м.
В качестве серийных средств механизации возможно применение лавной крепи ОКП70 или М130, выемочной машины избирательного действия ВМФ, крепи сопряжения ТВК или М81СК. Подготовительные выработки (предварительно пройденные и вновь формируемые в процессе очистных работ) крепятся арочной металлической крепью. Технологическая схема выемки целиков тупиковым очистным забоем.
Технологическая схема основана на применении схемы подготовки без проведения вентиляционной выработки и на работе очистного забоя на одну выработку. Схема пригодна для отработки целиков и локальных участков пластов, не содержащих газа или полностью дренированных ранее. Очистной забой длиной 20-40 м проветривается как тупиковая выработка. В зависимости от типа покрывающей толщи пород расположение конвейерной выработки относительно выработанного пространства осуществляется согласно рекомендованным параметрам.
В состав комплекса оборудования при данной технологии выемки может входить механизированная крепь типа ОКП70 или М130, выемочная машина избирательного действия типа ВМФ, обеспечивающая выемку без концевых и маневровых операций, изгибающий конвейер. Проветривание участка обеспечивается вентилятором местного проветривания по вентиляционной трубе. Технологическая схема выемки целиков и локальных участков с переводом комплекса. Особенностью технологической схемы является многократное безмонтажное использование одного и того же комплекса при отработке большого выемочного поля (рис. 2.6).
Отдельные локальные выемочные участки могут иметь размеры, не пригодные для применения обычных комплексов. В этом случае перевод комплекса в новую разрезную печь можно обеспечить с использованием подтягивающей лебедки по специальным продольным направляющим, установленным по почве пласта в лаве. Однако этот способ является очень трудоемким и продолжительным.
Наиболее рациональной можно считать схему перевода комплекса, приведенную на рис. 2.7. В лаве применяется конструкция крепи двустороннего перемещения, позволяющая переводить секции крепи в новую лаву без их разворота. Секции спарены между собой, каждая пара снабжена двумя гидроцилиндрами: одна на основании секции (1), другая - на перекрытии (2). Гидроцилиндр (1), расположенный у основания, в период очистной выемки используется для передвижения лавного конвейера; гидроцилиндр (2), закрепленный у перекрытия секции в период очистной выемки, служит для управления козырьками крепи.
Технологии отработки выемочных участков камерно-столбовыми и камерными системами разработки
Перспективными являются камерные и камерно-столбовые системы разработки, позволяющие дорабатывать запасы практически в любых, перечисленных в разделе 1 работы. Основными факторами, сдерживающими широкое внедрение этих технологий являются: отсутствие надежного высокопроизводительного специализированного отечественного оборудования с приемлемой стоимостью; высокие (до 60% потери угля). При общих ограниченных запасах угля на участке высокие затраты на оборудование и большие потери угля зачастую делают применение короткозабойных технологий нерентабельным. Тем не менее, в диссертации выполнены исследования эффективности и области применения короткозабойных технологий на участках, оснащенных оборудованием, табл. 2.4; 2.5.
Короткозабойные технологии обладают рядом достоинств [29]: - высокая мобильность и адаптивность к изменяющимся горно геологическим условиям; - низкие капитальные затраты; - простая организация труда и маневренность, что позволяет совмещать их с длинными механизированными лавами; - простое технологическое оборудование; - низкие затраты и небольшие сроки на перемонтаж оборудования; - низкие затраты на управление кровлей; - возможность оперативного увеличения нагрузки на пласт; - возможность безлюдной выемки. Однако, как было сказано выше, камерным и камерно-столбовым системам присущи серьезные недостатки: высокие эксплуатационные потери; большой объем нарезных выработок; неконтролируемость процессов выемки; изрезанность массива; неудовлетворительное проветривание.
На шахтах России короткозабойные технологии применялись в ограниченных размерах. В связи с чем, эта технология мало исследована, отсутствует высокопроизводительное отечественное оборудование, недостаточно исследованы параметры технологии и область ее применения. К короткозабойным системам, в отличие от рекомендаций ряда авторов следует относить системы, длина очистных забоев которых не превышает, как правило, 75-80 м. Эти системы разработки разделяют на 4 варианта, отличающиеся видом очистного забоя, который характеризуется как камера, заходка, короткая лава или комбинированный забой (камера и заходка). В диссертации рассмотрены более детально вопросы, связанные с короткими лавами, как представляющимися перспективными в сложившейся обстановке с развитием горных работ на пологих и наклонных пластах Кузбасса [19, 20, 43, 53].
К настоящему времени накоплен огромный опыт, касающийся характера распределения горного давления по длине комплексно-механизированного очистного забоя и по ширине призабойного пространства. Максимальные нагрузки воспринимаются краевыми частями угольного пласта, что приводит к отжиму угля, деформициям и разрушениям непосредственной кровли и, как следствие, является причиной ухудшения условий выемки угля в забое. Снижается нагрузка на забой, безопасность ведения работ, повышается зольность угля. В этих условиях ученые и конструкторы направляют свои усилия на создание мощных, с высокой несущей способностью механизированных крепей, отличающихся высокой стоимостью.
Призабойное пространство, как правило, не имеет достаточного сечения для оптимального размещения оборудования и комфортных условий работы.
При использовании короткозабойных (камерных, камерностолбовых) систем разработки основную нагрузку воспринимают предохранительные целики, что создает более благоприятные условия для ведения горных работ и для размещения оборудования. При этом потери угля в недрах достаточно велики. Тем не менее, как и длиннозабойная, так и короткозабойная технология применяется как в отечественной практике, так и за рубежом.
Анализируя достоинства и недостатки этих двух технологий, представляется целесообразным на основе их синтеза разработать варианты гибких адаптивных технологий [40]. Прежде всего, технология должны предусматривать такой способ управления напряженно-деформированным состоянием горного массива, при котором нагружение краевой части угольного пласта было бы минимальным, а, также, максимально устранялась необходимость оставления угольных целиков в качестве опорных. К числу такого рода технологиям мы относим разновидность короткозабойной технологии — короткую лаву.
Согласно определению Сидорчука В.В., короткой лавой называется очистная выработка, защищаемая от выработанного пространства специальной стоечной или механизированной крепью, имеющая два выхода и проветриваемая за счет общешахтной депрессии. По своей сути она является повторением систем разработки длинными очистными забоями, которые имеют два выхода и проветриваются за счет общешахтной депрессии. Длина забоя обычно изменяется от 25 до 75-80 м.
По нашему мнению приведенное определение короткой лавы зауживает понятие данной технологии. К числу коротких лав могут быть отнесены такие системы, где отсутствуют какие-либо средства крепления (безлюдные технологии) [29].
Главным отличительным признаком следует считать именно длину лавы. Эта технология промежуточная, между длиннозабойной и камерной (камерно-столбовой), и при которой характер сдвижения пород, напряженно-деформированного состояния массива отличается от характера первых двух технологий. Это предполагает появление целого ряда принципиально отличных технологий.
Следует также иметь в виду, что начиная с глубины разработки 300-320 м в условиях Кузбасса большинство пластов относятся к удароопасным и применение на них систем разработки с оставлением целиков в выработанном пространстве не допускается.
Во многих работах доказывается, что при отработке выемочных участков короткими лавами при управлении кровлей полным обрушением на подзавальные целики угля, линия обрушения кровли проходит под углом 45-60 к линии простирания выемочного столба. Поскольку, в местах сопряжений массива с выработанным пространством, образуются зависающие участки кровли, горное давление там не велико и эти участки хорошо защищают выемочную выработку.
Длинные комплексно-механизированные лавы (150-250 м), а особенно при жестких кровлях требуют существенно повышать несущую способность крепей, что влечет рост металлоемкости, трудозатрат на доставку, монтаж и демонтаж оборудования. Таким образом, необходимость совершенствования технологии очистных работ с короткими лавами очевидна. При этом сокращается объем проведения нарезных выработок, расширяется область применения выемочных выработок без крепления или с легкими видами крепи, и с другой стороны - обеспечивается более быстрое подвигание забоя, поэтому и крепи в них будут более легкими.
В целях обоснования этих вариантов использован системный подход, при котором технологическая схема очистных работ рассматривается как сложная система формируемая посредством различных сочетаний схем подготовки, систем разработки и технологии очистной выемки. Такой подход позволяет разработать модель расчёта параметров технологической схемы и осуществить их совместную оптимизацию. На рис.2.9 приведена схема формирования вариантов отработки выемочных участков сложной конфигурации с ограниченными запасами угля.
Рекомендуемые варианты технологии отработки угольныхпластов короткими комплексно-механизированными очистнымизабоями
В диссертации определены требования к рассматриваемым технологиям в условиях участков сложной конфигурации и направления их совершенствования, заключающиеся в следующем: - усиление крепления несущей рамы конвейера, предотвращающее срезание крепежных болтов при развороте; - ежесуточный контроль прямолинейности и направления движения лавы; - усилено крепление и специальной обработкой защищена от обрушения точка разворота - сопряжение лавы с транспортным штреком; - произведено укрепление угольного забоя, предотвращающее вывалы и обрушения. Приведенные результаты использования технологий разворота лав без перемонтажа механизированных комплексов очистного оборудования в различных горно-геологических условиях показывают, что решение о развороте и технологии производства работ должно базироваться на тщательном технико-экономическом обосновании. Основными факторами, подлежащими учету, являются: - геометрические размеры и конфигурация участка шахтного поля; - горно-геологические условия в пределах участка; - запасы угля и его качество; - применяемое оборудование, его ресурс и стоимость; - расходы на подготовку участка и ведение добычных работ; - расходы на осуществление специальных мероприятий по управлению горным давлением и газовыделением; - допустимые эксплуатационные потери угля. В работе уставлены значения параметров технологии отработки выемочных участков сложной конфигурации с ограниченными запасами угля, обеспечивающие технологическую целесообразность горных работ на участке. Рассматриваемые технологии, отвечают требованиям мобильности и низких затрат на реализацию, но отличаются повышенными эксплуатационными потерями угля. Следовательно, их совершенствование в условиях выемочных участков сложной конфигурации с ограниченными запасами угля необходимо вести в направлении минимизации размеров эксплуатационных целиков или выемки этих целиков [4]. Одним из успешных опытов реализации такой технологии является отработка запасов угля на ш. «Распадская». Шахта «Распадская» проектной мощностью 7,5 млн.т угля в год, в настоящее время является крупнейшей шахтой в России. На шахте осуществлено погашение целиков угля в лаве 5а-7-7а и прилегающей к ней участков с применением оборудования фирмы «Джой». Глубина ведения горных работ 100-150 м. Природная газоносность 8-11 куб. м/т. Ожидаемый водоприток до 25-30 куб. м/т. Гипсометрия пласта пологоволнистая, угол падения 7-10 градусов. Пласт сложного строения, включает 4-5 породных прослойков суммарной мощностью 0,20 м. Средняя мощность пласта 3,6 м., полезная 3,4 м. Уголь пласта марки ГЖ. Имеет зольность (Ad) от 9 до 10%, выход летучих (V) -37,2%, влажность угля (W) 3,5%. Толщина пластического слоя (Y) от 18 до 24, крепость угля по шкале М.М. Протодьяконова (f) от 0,8 до 1,0. Уголь пласта склонен к самовозгоранию. Угольная пыль взрывоопасна. Пласт не опасен по внезапным выбросам угля и газа. Непосредственная кровля на участке в пределах лавы 5а-7-7а представлена алевролитами мелко и крупнозернистыми крепкими, f = 4-6, мощность 7-15 м. Кровля средней устойчивости. Допустимая площадь обнажения до 10-15м ,время обнажения до 1 часа. Основная кровля - песчаник мелко и крупнозернистый, f = 7-9, мощность до 5 м. Непосредственная почва - алевролиты мелко и крупнозернистые; мощность 1-4 м, средней несущей способности. Нарушения типа «сброс» с Н =1,0 м, углом 10-70 градусов встречено в 25-35 м. от разрезной печи № 1 по конвейерному штреку 5а-7-7а. Простирание сместителя субмеридиальное. Отработка участка осуществляется по камерно-столбовой системе. Способ управления кровлей - полное обрушение. Проветривание осуществляется за счет общешахтной депрессии. Горно-шахтное оборудование фирмы «Джой» [61].
Комбайн 12СМ11 является проходческим комбайном типа «Континиус майнер» и представляет собой самодвижущуюся машину на гусеничном ходу. Выемка угля производится при помощи барабанного исполнительного органа регулируемого по высоте. Исполнительный орган оборудован мощными распылителями. Погрузка отбитого угля на транспортные машины осуществляется при помощи транспортирующего устройства, входящего в конструкцию комбайна и выполненного в виде регулируемого по высоте конвейера с одной ветвью конвейерной цепи. На комбайне установлена аппаратура с помощью, которой проводится дозиметрический контроль гидравлических растворов. Осветительные приборы, предназначены для освещения механизмов и режущего устройства находятся на ходовой части в герметичном корпусе. Комбайн комплектуется воздушной завесой фирмы «Конда».
Транспорт угля осуществляется при помощи самоходного вагона типа «Шатл кар», представляющего собой челночную доставочную машину 10С11, снабженную двумя автоматическими кабельными барабанами, на каждом из которых находится по 200 м. кабеля сечением 16 мм. Длина доставки грузов 160 м. Приемная способность машины 8,8 куб. м. Скорость 3 км/ч и 6 км/ч. Машина имеет разгрузочный конвейер шириной 910 мм с гидравлическим управлением на подъем и опускание. Конвейер имеет двойной цепной привод и две скорости 0,25 м/с и 0,5 м/с.
Буровой станок для крепления кровли «Уомбет» представляет собой пневматическое сверло с ручным управлением, которое предназначается для бурения шпуров и завинчивания анкерных болтов. Минимальная высота выработки для установки анкерного болта длиной 1,8-2,36 м. Максимальная высота выработки для работы станка 3,9 м. Оператору станка необходима платформа, которая может быть прикреплена к раме режущего устройства комбайна.
Порядок работ при очистной выемке следующий: через каждые 6-8 м, под углом 70 градусов к промежуточным штрекам проводятся разрезные печи шириной 5,0 м. Из печей осуществляется погашение целиков. В то время как из одной разрезной печи производится погашение целика, в соседней - проводятся мероприятия по антипирогенной обработке следующего целика и на расстоянии 6-8 м проводится третья разрезная печь.
Погашение целиков осуществляется заходками глубиной 6-8 м, шириной 3,5 м и высотой 3,65 м. После каждой заходки производятся работы по частичному сохранению разрезной печи для выхода исходящей струи воздуха и запасного выхода людей, а также крепление очередной отработанной заходки. Кроме того, если это была первая заходка от промежуточного штрека, то по сечению данного штрека пробивается «органка» изолирующая погашенную часть штрека от рабочей.
