Введение к работе
Актуальность работы. Вывод экономики стран СНГ из глубокого кризиса возможен на.основе ускорения научно-технического прогресса в базовых отраслях народного хозяйства, в первую очередь горнодобывающей, Ьбешечиваяощей народное хозяйство основными видами .минерального сырья и топлива. Развитие угольной промышленности должно базироваться на интенсификации технологических процессов, использовании новых эффективных технологий и высокопроизводительной техники.
Особенно остро в современных условиях хозяйствования стоит вопрос отработки высокогорных месторождений угля, специфическими особенностями которых являются повышенная тектоническая актицность, сложный рельеф местности, сейсмичность, осложняющие условия эффективной разработки угольных [пластов. Величина и характер распределения напряжений в массиве таких месторождений зависят не только от глубины залегания я физических 'свойств пород, но и от тектоники и рельефаі. Кроме тощ на подавляющем большинстве шахт имеются отдельные участки шахтного поля, отличающиеся повышенной сложностью условий, оде традиционная технология либо вообще неприемлема, либо характеризуется низкими технико-экономическими показателями. Списание с (баланса ішахт запасов угля таких участков приводит ік увеличению потерь в недрах и удельных капитальных затрат, а также сокращению срока службы предприятий.
Шахты Среднеазиатского региона как типичные (представители высокогорных месторождений характеризуются, как правило, низкими технико-экономическими показателями по сравнению со среднеотраслевыми, малой производственной мощностью, невысоким уровнем механизации очистных и (подготовительных работ, труднодоетупностью многих месторождений, высокими эксплуатационными (потерями угля особенно при слоевой выемже мощных пластов.
В этих условиях возникает настоятельная необходимость раврабожи и совершенствования технологических схем шахт іпри традиционной технологии для отработки участков высокогорных месторождений с более благоприятными условиями
и создания нетрадиционных технологий для отработки участков со сложными условиями, основанных, ;в частности, на подземной газификации и подземном сжигании угля.
В связи с изложенным разработка эффективных технологических схем отработки высокогорных месторождений угля со 'Сложными! горно-геолотическими условиями представляет собой актуальную {проблему, имеющую важное 'народнохозяйственное значение.
Цель работы — установление закономерностей изменения условий отработки высокогорных месторождений под влиянием геотектонических факторов для типизации этих месторождений ліо сложности; и разработки наиболее производительных' традиционных и нетрадиционных технологических схем, обеспечивающих высокие технико-акономические показатели работы ішахт.
Идея работы заключается в учете типизации высокогорных месторождений яо сложности горно-геологических условий при выборе технологической схемы их отработки, включал схемы отработки наиболее сложных участков месторождений щ оставленных в недрах запасов угля путем их подземной газификации и подземного сжигания.
Методы исследований. >В работе использован комплексный метод наследований, 'включающий: анализ литературных и фондовых источников; теоретическое обобщение результатов исследований, передового опыта добычи угля в сложных гор-но-геологшческих условиях для обоснования и; выбора прогрессивных решений при разработке технологических схем отработки высокогорных месторождений; методы технико-экономического моделирования; натурные измерения, лаіборатор-ные эксперименты.
Научные положения, выносимые на защиту:
особенностями высокогорных месторождений являются сложный рельеф .местности, высокая нарушенность и сейсмичность, степень изменчивости которых может быть спрогнозирована по геотектоническим факторам;
высокогорные месторождения разделяются по сложности горно-геологических'условий на пять однородных групп, каждой те которых соответствует определенный комплекс предпочтительных элементов технологических схем вскрытия, подготовки и систем разработки;
участки высокогорных месторождений с ограниченными и некондиционными запасами угля, а также месторождения пятой группы сложности целесообразно отрабатывать с использованием технологий подземной газификации пли подземного сжигания угля, а> оставшиеся после применения традиционной технологии сильнонаїрушенньїе участки іпластов и другие потери — с помощью технологии подземного сжигания угля;
повышение эффективности технологии подземной газификации угля обеспечивается воздушно-кислородным или паровоздушно-кислородным дутьем либо применением двустадий-ной газификации с разделением окислительного и восстановительного процессов горения и собственно газификации в пространстве и времени, при этом использование воздушно-кислородного дутья с содержанием Ог 49—55% шли паровоздушно-кислородного с тем же содержанием Оз и содержанием л ара 10—15% повышает теплотворную способность газов подземной газификации угля в 1,4 —1,6 раза, а двустадий-ной газификации — в 1,5—1,8 раза;
при применения технологии подземного сжигания мощных пологих угольных омлетов с неустойчивыми кровлями расположение каналов горения на расстояниях до двух мощностей пласта обеспечивает наивысшую полноту сгорания угля, а размещение теплообменников непосредственно в канале горения увеличивает КПД процесса теплоотбора. wo сравнению с наземным теплообменником в пять раз.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются:
положительным опытом использования основных положений и рекомендаций диссертации, в условиях шахт высокогорных месторождений, обеспечивающих улучшение их технико-экономических (показателей;
удовлетворительной (сходимостью результатов аналитических и лабораторных исследований с фактическими параметрами процесса подземной газафикаций угля (отклонение не более 10%);
удовлетворительной сходимостью расчетных параметров по жоличеству выгоревшего угля с результатами стендового моделирования процесса при различных схемах подготовки участка (расхождение результатов не превышает 10—15%).
Научная новизна работы заключается в следующем:
установлены закономерности влияния основных геотектонических факторов на нарушенность и, рельеф высокогорных месторождений на примере Среднеазиатского региона;
обоснована методология формирования однородных групп высокогорных месторождений- угля по сложности горно-геологических условий;
произведена, типизация участков высокогорных месторождений по наиболее предпочтительному подмножеству горно-геологачеоких факторов;
установлены предпочтительные альтернативные технологические звенья-подсистемы шахты w (Произведено упорядочение их для синтеза- шахтовариантов в условиях высокогорья;
установлены закономерности, изменения содержания и теплотворной апособности горючих тазов подземной газификации-угля от состава окислителя и 'скорости подачи дутья;
предложен метод определения материального и тепловой баланса процесса (подземной газификации угля, отличающий ся учетом расположения границы термодинамической свете .мы не на. границе уголь — газ, а на- фронте парообразования расположенном в массиве в нескольких десятках сантиметрої от границы уголь — газ;
'выявлены закономерности изменения температуры и со става газов подземного сжигания угля, температуры горячеі воды, фронта горения от схемы расположения каналов горе ния (торных выработок) огрій различных технологических схе мах (подземного сжигания угля.
Научное значение работы состоит в обосновании выбор; рациональных технологических схем шахт на основе установ ления закономерностей формирования однородных груш шахтопласгов высокоторных месторождений по 'сложносп горно-геологических условий с учетом геотектонических фак торов и установлении оптимальных шараметров подземных га зификацйи и сжигания мощных пологих чгластов.
Практическое значение работы заключается в:
установлении основных горно-геологических факторов влияющих на выбор схем и способов вскрытия, ПОДГОТОВКИ 1 отработки шахтных полей в условиях высокогорья, что позво ляет обоснованно вьгбрать рациональные технологически! схемы шахт;
конструировании технологических схем шахт для условиі высокогорных (месторождений в зависимости от категорш сложности горно-геологических условий, позволяющих ловы сить технико-экономические показатели работы шахт;
разработке способа .прогноза условий отработки резерв ных месторождений (участков) иго геотектонике;
разработке способа1 двустадийной ігазификащи іупля, поз воляющей. повысить теплотворную способность газов подзем ной газификации угля и полноту извлечения э ал асов угля;
разработке технологических схем вскрытия и подготовки і подземному сжиганию некондиционных запасов, а также зке плуатацнонных шотерь угля по площади .и остающихся в це ликах :в (период погашения шахт, позволяющих .повысить іко зфіфициент извлечения угля из недр до 0,80—0,95 и утилизи ровать физическое тепло извлекаемых (продуктов сгорания;
разработке технологических схем утилизации физическо го таплаї газов подземной газификации угля.
Реализация работы. Результаты исследований включені в Технологические схемы очистных и «подготовительных ра бот для угольных шахт Средней Азии, утвержденные ТК «Средазуголь»; Методическое руководство по вскрытию подготовке и отработке запасов полей № 11 и 12 шахті «Восточная» шахтоуправления «Сулюктинское», утвержден ное ПО «Средазуголь» и согласованное с ГосгортехнадзорОї
Республик Кыргызстан; Рекомендаций шо подготовке I оче-зеди вскрытия шахтного лоля № 11 шахтоуправления «Су-ию-ктинокое».
Разработанные научные положения и рекомендации зашли как основные технические решения в Проект строительства опытно-промышленного участка «Углегаа» в г. Лишене, утвержденный ПО «Средазуголь» и согласованный : Госгортехнаїдзором Республики. Уіз'бекистан, с институтами ВостНИИ -и Карагандинским филиалом ВНИМИ.
Результаты исследований гаспользуются в учебном лро-дессе в Ташкентском государственном' техническом универ-:итете при чтении дисциплин «Технология подземной разра*-Зотжи пластовых месторождений полезных ископаемых» и ^Процессы ''подземных горных работ. Управление состояни-ам массива».
Апробация работы. Основные результаты работы, отдельные, положения и разделы диссертации докладывались на ученом совете ИГД им. А. А. Скочинското в составе научных ггчетоз (Люберцы, 1986—^ 1990 пг.) ;> (Всесоюзной научно-технической конференции «Интенсивная и безотходная технология разработки угольных и сланцевых месторождений» (Моаква, 1989); Всесоюзной научно-технической конференции «'Система человек — машина—среда в горном деле. Настоящее и будущее» (Москваї, 1990); II Республиканском :шинаре «Проблемы разработки полезных ископаемых в условиях высокогорья». (Фрунзе, 1990); технических советах ііахтьі № 9 и станции «Подземгаїз» ;ПО «Средазуголь»- (Ангрен, 1986—1990 <гг.);> совместном совещании научного сове-га ло химии ископаемого твердого топлива Отделения общей к технической химии АН СССР и научно-технического сове-га ПО «Средазуголь» по проблемам химии и технологии подземной газификации углей (Ангрен, 1990).
Публикация.ч Основное содержание диссертации опубликовано в 26 научных работах, включая 2 положительных решения о 'выдаче авторского свидетельства на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов и заключения, содержит 383 страницы машинописного текста, 69 рисунков, 54 таблицы, список литературы; из 195 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность проф., докт. гехн. наук А. С. Бурчажову за 'постоянную методическую помощь и научные консультации три. (подготовке диссертации.
