Введение к работе
В диссертации, представленной в форме научного доклада, обобщены результаты исследований автора по повышению эффективности подземной угледобычи в сложных горно-геологических и горнотехнических условиях среднеазиатского региона, выполненных в 1973-1993 гт.
Актуальность проблемы. Угольная промышленность Средней Азии характеризуется шахтным фондом, весьма разнообразным по географическому размещению, природным условиям и технической оснащенности. Шахты расположены на территории трех независимых государств - Узбекистана, Кыргызстана и Таджикистана, преимущественно в высокогорных и предгорных районах со сложным рельефом поверхности.
В широком диапазоне изменяются основные характеристики угольных месторождений (мощность и углы падения пластов, состояние и свойства вмещающих пород, их обводненность) , разрабатываемых подземным способом. Значительно усложняют условия эксплуатации тектоническая нарушенность шахтных полей, удароопасность угольной пыли. Это предопределяет разнообразие качественных и количественных параметров шахт, невысокий по сравнению с наиболее развитыми регионами технический уровень производства и невысокие основные технико-экономические показатели.
К настоящему времени некоторые шахты обеспечены промышленными запасами всего на 10-15 лет эксплуатации. Вместе с тем на территории региона известно более 30 разведанных угольных месторождений с ресурсами около 41 млрд. т угля. В связи с этим возникает необходимость в технико-технологической оценке сырьевой базы, выявлении наиболее перспективных месторождений, которые можно использовать для строительства новых іши продления срока службы действующих шахт.
Эксплуатационная деятельность горных предприятий, в том числе угольных шахт, приводит к нарушению экологического равновесия - снижению плодородия земель, загрязнению атмосферы и подземных вод. Ухудшение условий работы на шахтах региона, помимо роста удельных издержек производства, обусловливает увеличение выбросов вредных веществ в атмосферу, объемов потребления воды, площадей отчуждаемых земель. Поэтому общее повышение эффективности производства должно сопровождаться усилением природоохранной деятельности, атак-же более рациональным использованием попутных сырьевых ресурсов.
Различными авторами выполнен ряд научно-исследовательских работ, посвященных отдельным аспектам подземной разработки угольных месторождений Средней Азии, которые в определенной степени позволили стабилизировать технико-экономические показатели работы шахт. Однако при этом не учитывался наиболее важный аспект решения проблемы повышения эффективности производства на шахтах со сложными горно-геологическими условиями: комплексное применение рациональных решений всех процессов отработки угольного месторождения и обеспечение рационального природопользования.
Целью работы является повышение эффективности производства подземной угледобычи в сложных горно-геологических условиях с использованием научно-обоснованного комплекса рациональных технических, технологических и экологических решений.
Основная идея работы заключается в том, что повышение эффективности производства осуществляется на основе решения комплекса задач, обеспечивающих внедрение рациональных схем вскрытия и подготовки шахтных полей и новых горизонтов на действующих шахтах, технологий очистных и подготовительных работ и улучшение экологической обстановки.
Методы исследований. В качестве методологической основы исследования используется системный подход к процессу отработки месторождений. Для решения отдельных задач применялись методы многомерного анализа, математической статистики, а также результаты обобщения передовогопроизвод- " ственного опыта и промышленных экспериментов.
Основные научные положения, выносимые на защиту.
1. Установлено, что эффективность производства обеспечивается при комплексном применении рациональных решений
всех процессов отработки угольных месторождений и рациональном природопользовании.
-
Установлены критерии эффективности схем вскрытия и подготовки резервных и перспективных участков - объемы горных работ, отнесенные к величине вскрываемых запасов, и связанные с ними трудозатраты в сопоставимых горно-геологических и горнотехнических условиях.
-
Определены эффективные схемы вскрытия и подготовки новых горизонтов на действующих шахтах на основе сравнения экономической эффективности вариантов с учетом удельных затрат на отработку запасов горизонта: нормы прибыли и минимально допустимых цен на уголь.
4.'Установлено, что для выемки мощных пластов (от 3,5 до '15,0 м) с углами падения до 35 при любой устойчивости боковых пород, различной склонности угля к самовозгоранию, при столбовой системе разработки по простиранию и этажной подготовке на шахтах всех категорий по газу и опасных по пыли рационально применять слоевую выемку.
Для выемки мощных пластов с углами падения более 35 при тех же горно-геологических условиях рационально вести выемку длинными столбами по простиранию с подэтажным обрушением.;' .
-
Учитывая специфику среднеазиатских месторождений при технологических процессах выемки угля и проведения выработок рационально применять глинистые растворы и другие антипирогенные вещества для борьбы с эндогенными пожарами и образования искусственной кровли из обрушенных пород верхнего слояі что позволяет вести выемку нижнего слоя непосредственно под этой кровлей без оставления предохранительной угольной пачки; осушение водоносных горизонтов путем нагнетания раствора флокулянта в породы водоносного горизонта для предотвращения прорыва плывунов в подземные горные выработки; бурение разгрузочных скваясии или взрывание камуфлетных зарядов в подготовительных и капитальных выработках при их проведении для борьбы с горными ударами в очистных и подготовительных забоях.
-
Установлено, что при буровзрывном способе проведения выработок рационально использовать погрузочные машины с боковой разгрузкой ковша типа МНК-3 в сочетании с самоходными бурильными установками типа 4ВШ или электросверлами и перфораторами для выработок сечением 7 м2 и более при погрузке на
конвейєр и 14 м2 при погрузке в вагоны. Для проведения горизонтальных и наклонных (±10) выработок сечением 6-15 м2 следует применять буропогрузочную машину МПНБ и для проведения выработок с углом наклона до 35, сечением 7-13 м2 по породам крепостью до 14 - комплекс "Сибирь 1".
7. Разработана система показателей, позволяющая судить об эффективности Природоохранных мероприятий по расширению сырьевой базы и увеличению объемов получаемой продукции, а также по созданию комфортных условий, обеспечивающих нормальную жизнедеятельность населения.
Основными показателями природопользования по сферам воздействия определены: землеемкост:., водоемкость, природоем-кость по степени влияния на атмосферу, природоемкость по уровню потерь полезных ископаемых в недрах.
Достоверность и обоснованность научных положений, вы-, водов и рекомендаций подтверждаются:
использованием достаточных по объему исходных данных, характеризующих работу шахт за 10-летний период;
удовлетворительной сходимостью расчетных и фактических показателей уровня эффективности работы угольных шахт региона при погрешности менее 10%;
положительными результатами внедрения прогрессивных схемно-планировочных и технических решений по вскрытию, подготовке и отработке угольных пластов;
использованием выводов и предложений автора диссертации в нормативно-методических документах, утвержденных на уровне отрасли и производственного объединения.
Научная новизна работы состоит в разработке методических положений повышения эффективности производства, предусматривающих системный подход к выбору эффективных схем вскрытия и подготовки новых горизонтов и шахтных полей резервных и перспективных участков, технологических схем очистных и подготовительных работ, обоснованию направлений рационального природопользования, предусматривающих разработку научно-технических решений по охране окружающей среды, экологизации производства, рекультивации земель, использованию породы и попутных полезных ископаемых.
Практическое значение диссертации заключается в разработке и обосновании:
комплекса мероприятий по повышению технического уровня шахт и оценке их эффективности;
рекомендаций по совершенствованию пространственно-планировочных решений и оснопных производственных процессов добычи угля;
технологических схем ведения очистных и подготовительных работ, позволяющих нейтрализовать влияние осложняющих природных факторов и улучшить технико-экономические показатели работы шахт;
рациональных вариантов отработки запасов на новых горизонтах шахт региона;
мероприятий по охране окружающей среды и использованию попутных полезных ископаемых;
рекомендаций по увеличению промышленных запасов угля на действующих шахтах путем прирезки к ним запасов резервных участков;
рациональных вариантов вскрытия, подготовки и отработки резервных и перспективных участков;
нормативно-методических документов, регламентирующих ведение горных работ на шахтах со сложными горно-геологическими условиями залегания угольных пластов.
Реализация работы. Результаты исследований включены в технологические схемы очистных и подготовительных работ для сложных горно-геологических условий месторождений Средней Азии (1977-1978 гг.), временную инструкцию по'тампонированию закрепного пространства и упрочнению вмещающих-пород, подготовительных выработок шахт Средней Азии (1979 г.); методические указания по основным вопросам разработки угольных месторождений Средней Азии (1981 г.); временное методическое руководство по укреплению углепородных массивов химическим анкерованием на шахтах ПО"Средазуголь" (1984 г.); инструкцию По предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров в шахтах ПО "Средазуголь" (1986 г.); методическое руководства по управлению горным давлением и выбору технологических параметров разработки мощных буро-J; угольных пластов (до 35) месторождений Киргизии на глубоких горизонтах (1987 г.). Эти нормативно-методические документы согласованы с Госгортехнадзором республик Средней Азии и утверждены ПО "Средазуголь". Кроме того, результаты исследований включены в 'концепцию - развития угольной промышленности Республики Узбекистан в 1993-1995 гг. и на период до 2000 г., утвержденную протоколом совещания при Президенте Республики Узбекистан (1992 г.); в схему развития и размещения
угольной промышленности Средней Азии до 2010 г. в условиях перехода к рыночной экономике, утвержденную б. Минуглепро-мом СССР (1991 г.); в проекты вскрытия и подготовки новых горизонтов шахт №8 им. Ленина (1990 г.), им. Ленинского комсомола (1991 г.) и отработки запасов ниже технической границы шахты №1/2 (1992 г.).
Основные результаты работы внедрены на шахтах региона и дали экономический эффект более 6740 тысруб. (в ценах 1990 г.).
Апробация работы. Основные направления работы обсуждались и докладывались более чем на 20 научно-технических советах, совещаниях, семинарах, конференциях, в том числе на Всесоюзном семинаре по вопросам охраны горных выработок (Новосибирск, 1980 г.); заседании секции НТГО "Разработка угольных месторождений подземным способом" (Москва, 1981 г.); совместном заседании Государственного планового комитета УзССР по вопросам развития и размещения производительных сил Узбекской ССР на период до 2000 года (Ташкент, 1982 г.); VI Всесоюзном семинаре по вопросам взаимодействия механизированных крепей с боковыми породами (Новосибирск, 1988 г.); VII Международном конгрессе по маркшейдерскому делу "Вопросы комплексного освоения недр и охраны природных ресурсов на предприятиях ПО "Средазуголь" (Ленинград, 1988 г.); Всесоюзном семинаре по охране капитальных и подготовительных горных выработок (Алма-Ата, 1990 г.); совместном совещании научного совета по химии ископаемого твердого топлива отделения общей и технической химии АН СССР и НТС ПО "Средазуголь" по проблемам химии и технологий подземной газификации углей (Ангрен, 1990 г.); научно-техническом совещании по совместному рассмотрению состоянии и перспектив развития угольно» промышленности Узбекской ССР, Таджикской ССР, Республики Кыргызстан (Ташкент, 1991 г.); конгрессе по основным проблемам топлива и энергетики (Мадрид, 1991 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 46 работ, из.них 3 монографии, 2 альбома технологических схем, 28 брошюр, научных статей и тезисов докладов, 14 авторских свидетельств и патентов.
