Содержание к диссертации
Введение
I. Особенности разработки круопадающих пластов прокопьевско-киселевского месторождения. Горнотехнические условия и тенденции их изменения
1.1. Глубина ведения горных работ 15
1.2. Проявление горного давления 15
1.3. Газообильность пластов 17
1.4. Выбросоопасность пластов 18
1.5. Проветривание шахт 19
1.6. Многогоризонтность шахт 20
1.7. Потери угля при разработке месторождений 21
1.8. Технологические схемы разработки крутых и крутонаклонных пластов с применением агрегата ЩРПМ. 23
1.9. Анализ травматизма при работе с агрегатом ЩРПМ. 31
1.10. Выводы 32
2. Математическое описание технологического процесса «очистные работы» при отра ботке крутопадающих пластов механизирован ным способом с помощью агрегата ЩРПМ .
2.1. Общие положения ' 35
2.2. Математическое описание технологического процесса «очистные работы» 36
2.3. Выводы 43
3. Теоретическое исследование процесса формирования очага эндогенного пожара в выработанном пространстве при отработке круто-падающих пластов 44
4. Определение скоростей фильтрации газовоздушных смесей и их концентраций в омывающем выработанное пространство потоке воздуха 51
5. Оценка технико-экономической эффективности щитовой системы разработки с применением очистного агрегата ЩРПМ .
5.1. Техническая оценка системы разработки 59
5.2. Экономическая оценка целесообразности отработки мощных пластов угля с применением агрегата ЩРПМ взамен щитовых крепей Чинакала со скреперованием и без скреперования угля вдоль очистного забоя 62
5.3. Выводы и предложения 66
Заключение 68
Список использованной литературы 71
- Проявление горного давления
- Многогоризонтность шахт
- Математическое описание технологического процесса «очистные работы»
- Экономическая оценка целесообразности отработки мощных пластов угля с применением агрегата ЩРПМ взамен щитовых крепей Чинакала со скреперованием и без скреперования угля вдоль очистного забоя
Введение к работе
Актуальность работы. В Кузнецком угольном бассейне значительное место в развитии добычи угля отводится Прокопьевске- Киселевскому району, запасы которого составляют порядка 31 млрд.т. По своему геологическому составу это месторождение является весьма сложным. Характерной особенностью его является наличие большого количества рабочих сближенных пластов угля крутого падения мощностью от 0,8 до 23,3 м.
Угленосная свита подвергнута сильным тектоническим нарушениям, осложнена разрывами сплошности, изменениями мощности и углов падения пластов. Выкроенные прямоугольные ненарушенные участки пластов имеют ограниченные запасы, то есть отработка угля с применением средств комплексной механизации может производиться только выборочно. Эти средства прежде всего должны быть безопасными, простыми по своей конструкции'и обладать незначительной трудоемкостью по монтажу и демонтажу, иметь незначительную стоимость.
Следовательно, увеличение добычи угля в этих условиях связано, прежде всего, с концентрацией горного производства, экономии как живого, так и овеществленного труда. Вместе с тем дальнейшее развитие горного производства обусловливает возникновение целого ряда опасных горнотехнических и техно-
логических факторов. Так, каждые Юлет глубина разработки увеличивается примерно на 100 м, а газообильность выработок - в 1,5 — 2,0 раза. С ростом объемов добычи угля открытым способом на горных отводах шахты нарушает-
ся изоляция горных работ от дневной поверхности, возрастает аэродинамическая связь между шахтой и поверхностью и, как следствие, активизация ранее потушенных или возникновение новых подземных эндогенных пожаров. В этих условиях наиболее распространенной является щитовая система разработки, которая по сравнению с другими системами разработки является экономически выгодной: нагрузка на выемочное поле выше в 1,15-2,0 раза, производительность труда рабочего по участку - в 1-2 раза, затраты на добычу 1 т угля ниже в 1,2 раза при отработке пластов средней мощности и в 1,6 раза - мощных пластов. Вместе с тем, сложное строение угольного месторождения, большая доля ручного труда и многие другие причины определяют и положение с производственным травматизмом. Число погибших при добыче I млн тонн угля щитовой системой с обрушением и тенденция изменения их участия в производстве приведены в нижеследующей таблице №1, из которой видно, что за последние 14 лет увеличилась доля травматизма в общем объеме добычи угля при щитовой системе разработки от 10,3 до 13,2%.
Таблица 1
7 В основу совершенствования технологии щитовой выемки угля на шахте
должны быть заложены направления по обеспечению механизированной выемки угля и его доставки вдоль очистного забоя, а также технические направления, которые могли бы устранить негативные последствия проявления повы-шенного горного давления, т.е. обеспечить разгрузку пластов от горного давления и устранить перепуск обрушенных пород с верхних горизонтов.
В связи с отмеченным особую актуальность приобретает разработка теоретических положений управления аэрогазодинамическими процессами в многофакторной вентиляционной системе высокогазообильных шахт, которая объ-О ' единяет в аэрогазодинамически связанную вентиляционную сеть действующие очистные и подготовительные забои с допустимым содержанием метана и выработанное пространство, являющееся коллектором газа и источником возникновения эндогенного пожара.
Целью работы является разработка безопасных параметров механизиро-
^К ванной выемки крутопадающих пластов Прокопьевске - Киселевского место-
рождения.
Идея работы заклЕочается в обосновании новых подходов в направлении
обеспечения механизированной выемки угля и его доставки вдоль очистного
забоя и разработка на их основе безопасных аэрогазодинамических параметров
3- ведения горных работ на крутопадающих пластах.
8 Задачи исследований:
провести анализ состояния безопасности ведения горных работ при щитовой системе отработки крутопадающих пластов Прокопьевско - Киселевского месторождения;
провести технико-экономический анализ эффективности систем разработки и определить области безопасного их применения в условиях шахт Прокопьевско - Киселевского месторождения;
развить экспериментально-аналитические модели аэрогазодинамических процессов в прилегающем к очистному забою выработанном простран-ЄІ N стве и на их основе разработать методы определения эффективных параметров по борьбе с эндогенными пожарами;
разработать прогрессивные технологические решения по проветриванию очистных и подготовительных выработок, обеспечивающие эффектив-ное управление газовой обстановкой при щитовой системе отработки крутопа-(*f*. дающих пластов механизированными способами выемки угля. Методы исследований:
анализ и обобщение производственных работ по безопасному веде
нию подземных горных работ на угольных шахтах Прокопьевско - Киселевско
го месторождения;
w - аналитические исследования процессов газовой обстановки и оча-
гов эндогенных пожаров в выработанном пространстве;
экспериментально-статистическое обоснование аэрогазодинамических процессов в вентиляционной системе очистных и подготовительных выработок и выработанных пространств;
методы математической статистики при отработке и анализе экспе-риментальных данных.
Научные положения, выносимые на защиту:
эффективное использование технических средств очистного забоя с учетом соблюдения правил технической эксплуатации и важнейших принципов организации производства является основой обеспечения безопасности технологических процессов на шахте;
последовательное нахождение поля давления, скоростей фильтрации, температуры и концентрации кислорода обусловило разработку способа определения места возникновения эндогенного пожара в выработанном пространстве выемочного столба при отработке крутопадающих пластов механизированным способом;
разработана математическая модель, позволяющая определять последовательно на каждом временном слое на границах выработанного пространства в пределах выемочного столба скорости фильтрации каждого из химических компонентов смеси и их концентрации в омывагощем выработанное пространство потоке воздуха.
10 Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
представительным объемом длительных шахтных исследований аэрогазодинамического процесса с применением апробированных методов и приборов при внедрении технических и технологических решений (с 1985 г. по 2004 г.; 20 шахт Прокопьевско - Киселевского района Кузбасса);
применением современного метода математического моделирования аэрогазодинамических процессов, происходящих в горном массиве и выработанном пространстве;
удовлетворительной сходимостью результатов экспериментально-статистических исследований, (погрешность не более 15% при доверительной вероятности 0,95);
положительным результатом практического применения разработанной системы механизированной выемки угля и обеспечения безопасности горных работ при щитовых системах разработки крутопадающих пластов. Научная новизна работы заключается в следующем:
разработана математическая модель, рассматривающая технологический процесс как систему, состоящую из независимо действующих очистных забоев в пределах выемочного поля, а структурно- технологическая схема добычи угля принимается как процесс, состоящий из определённых технологических операций, подчиняющихся цикличной организации производства;
разработана математическая модель для решения комплекса задач для описания процесса формирования очага эндогенного пожара путём опреде-
ления степени распространения утечек воздуха в выработанном пространстве, баланса кислорода, теплопереноса в обрушенном массиве и теплообмена между скоплением горных пород и фильтрующимся воздухом;
разработана математическая модель фильтрационных процессов для щитовой системы отработки крутопадающих пластов при механизированной выемке угля для определения в выработанном пространстве концентрации газовоздушных смесей в его искомом поле;
установлено, что сокращение количества эндогенных пожаров в
шахте может быть достигнуто при обеспечении нулевой депрессии выемочного
*" поля, применении предварительного охлаждения горной массы азотом в выра-
ботанном пространстве и учете увеличения скорости подвигания очистного забоя в единицу времени и снижения потерь угля в контуре выемочного столба;
установлено, что при прочих равных условиях горных работ при-родные условия определяют лишь потенциальные возможности отрицательного проявления горнотехнических факторов, а характер и интенсивность их протекания обусловливаются применяемыми системами разработки;
научно обоснована и экспериментально доказана целесообразность
создания и внедрения способа эффективной и безопасной механизированной
выемки угля на пластах мощностью более 6,5 м с углами наклона 35-90.
Ф Личный вклад автора состоит:
в проведении анализа и обобщения состояния безопасности горных работ при щитовой системе отработки крутопадающих пластов Прокопьевско-Киселевского района;
в проведении технико-экономического анализа эффективности систем разработки крутопадаЕощих пластов и определения области применения их механизированной выемки;
в разработке математической модели фильтрационных процессов в
выработанном пространстве очистных забоев;
в разработке математической модели процесса формирования очага эндогенного пожара в выработанном пространстве;
- в разработке математической модели технологического процесса "очистных работ";
в разработке и освоении очистного агрегата ЩРПМ (щит раздельно передвигающийся механизированный);
в создании и внедрении способа механизированной выемки угля крутопадающих пластов на базе агрегата ЩРПМ. Практическая ценность работы Полученные соискателем результаты позволяют:
анализировать, обобщать состояние безопасности горных работ на крутопадающих пластах, оценить эффективность работы механизированной выемки угля;
определять газовую обстановку и очаги эндогенных пожаров в выработанном пространстве очистных забоев;
определять эффективность работы технологического процесса "очистные работы";
увеличить в 2 раза нагрузку на забой по сравнению с щитовой системой, увеличить безопасность ведения очистных работ, снизить трудоёмкость, уменьшить потери угля;
за счет высокой скорости подвигания очистного забоя, сокращения времени отработки выемочного столба и потери угля снижать пожароопасность системы и влияние горного давления на очистное оборудование;
за счет конструктивных особенностей крепи агрегата отрабатывать пласты с неустойчивыми кровлями со слабыми сползающими почвами;
за счет механизированной транспортировки угля из очистного забоя в одну фланговую углеспускную печь сократить количество подготовительных выработок (углеспускных печей) и снизить трудоёмкость работ по их креплению и поддержанию;
за счет простоты конструкции и надежности составляющих элементов забойного оборудования обеспечить безаварийную работу очистного забоя.
Реализация работы. Полученные результаты и выводы по диссертаци-онной работе использованы при разработке и совершенствовании следующих нормативных документов: «Методические указания по выбору механизированных комлексов для отработки угольных пластов, опасных по горным ударам» Минтопэнерго, КузНИУИ, «Методика расчета допустимых нагрузок на очистные забои по метану для предупреждения загазирования выработок участка» (Кузнецкое управление Госгортехнадзора СССР, 1980г., 1990 г.), «Временное руководство по проектированию и организации проветривания угольных шахт
восточных бассейнов страны» (Минуглепром СССР, Госгортехнадзор СССР,
14 1989г.), «Временное положение по составлению паспорта прогноза технологичности угольных пластов Кузбасса» Минтопэнерго РФ, «Временные технологические схемы разработки угольных пластов Прокопьевско - Киселевского месторождения» Минтопэнерго РФ, КузНИУИ, «Руководство по прогнозу эндогенной пожароопасности выемочных полей шахт Прокопьевско - Киселевского района Кузбасса», ВО ВНИИГД, 1998г.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и получили одобрение на заседаниях Ученых советов НЦ ВостНИИ (г. Кемерово 1995, 2005), КузНИУИ (г. Прокопьевск 1993, 1994, 1996, 1998), НТС ПО «Про-копьевскуголь» (г. Прокопьевск 1994-1998г.г.), ПО «Киселе веку голь» (г. Кисе-левск 1995-1998г.г.), Управления Кузнецкого округа Госгортехнадзора РФ (г. Кемерово 1995-2000г.г.), IV Международной научно-практической конференции по перспективам развития горнодобывающей промышленности (Новокуз-нецк 1997,1999г.г.), Международных научно-практических конференциях «Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах (Кемерово 1994, 1998,2000).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 монографии, 6 статей.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов и заключения, изложенных на 101 странице машинописного текста, включая 4 рисунка, 4 таблицы, приложения, списка использованных источников из 30 наименований.
Проявление горного давления
При типичных для района схемах подготовки и отработки угольных пластов на границах выемочных полей можно выделить три зоны повышенного горного давления: зону остаточного опорного давления от вышележащих отра ботанных этажей; зону остаточного опорного давления от соседних по простиранию отработанных участков пласта и зону наложения остаточного опорного давления от верхних этажей и соседних отработанных участков пласта [9] - Эксплуатационное опорное давление начинает развиваться уже в начале ведения очистных работ. Полного развития оно достигает после выемки двух-трех столбов (при щитовой системе) или подвиганий забоев по простиранию на 40—60 м. По простиранию пласта на вентиляционном горизонте оно распространяется на расстояние до 175 м; на откаточном - до 150 м, в средней части этажа - до 100 м. Активный рост опорного давления наступает на расстоянии #. 40—50 м по простиранию и 20-30 м по падению от забоя.
Условия работы подготовительных выработок на мощных крутых пластах в период проведения зависят от расположения зон остаточного опорного давления. Деформация выработок вне зоны составляет 40—70 мм, в зоне опорного давления возрастает в 1,5—3 раза, а в зоне наложения опорного давления — г почти в 5 раз. Нагрузки на крепь вне зоны составляют 5-20 кН на раму, а в зоне увеличиваются в 1,2-2,0 раза. Участок крепи, подверженный разрушению, составляет 10—18 м, участок повышенных нагрузок- 30-35 м.
С переходом работ на нижние горизонты горное давление возрастает. На основании исследований ИГД СО РАН РФ установлено, что изменение горного т давления с глубиной (при вертикальной высоте этажа 100 м) представляется рядом чисел—1,0; 1,3; 1,44; 1,53. На глубине 240—360 м вредное влияние остаточного опорного давления на интенсивность смещения боковых пород пласта и деформации выработок наблюдается на расстоянии от выработанного пространства 60 м по простиранию и 40-50 м — по падению [9].
При дальнейшем увеличении глубины работ степень вредного влияния опорного давления будет возрастать.
Газообильность угленосных толщ Прокопьевско-Киселевского района нарастает с глубиной [9]. По метанообильности выделяются три зоны. В первой (50—70 м от поверхности) метановыделение отсутствует. В отдельных случаях эта зона Опускается до 120м. Вторая зона распространяется до глубины 150— 200 м. В ней метанообильность достигает Юм на 1 т угля. Третья зона - метановая — располагается глубже 200 м, где количество метана, выделяющегося на 1 т угля, превышает 10 м, причем с глубиной выделение метана увеличивается примерно на 5м3 на 1 т при опускании на каждые 100 м.
В настоящее время шахты района ведут горные работы в различных зонах, однако все они газовые (от 14 до 32 м3 на 1 т добычи). На отдельных уча-стках этих шахт метанообильность достигает 35—50 м и даже 100 м на 1 т добычи (шахта "Ноградская").
Возрастание газоносности с увеличением глубины залегания пластов от поверхности и степени метаморфизма углей наблюдается повсеместно [2]. Исследованиями ВостНИИ установлено, что с увеличением глубины (Н, м) на 1% газоносность (УЛм3/т) возрастает в среднем на 3% и выражается зависимостью t У,. =9-1(Г5Я224 (1)
Однако установленный градиент, характеризующий темпы роста средних значении газоносности по интервалам глубины, колеблется в весьма широких пределах — от 1,5-1,7 до 3,5-4,0 м /т на Каждые 100 м глубины.
Отработка глубоких горизонтов района связана с проявлением дополни г тельных динамических явлений типа внезапных выбросов угля и газа. Учитывая механизм этих явлений и природные свойства угля, обусловливающие их проявление, институтом ВостНИИ [27] дана качественная оценка возникновения выбросов на более глубоких горизонтах шахт.
Основными причинами внезапных выбросов являются горное давление, газовый фактор и природные свойства угля, давление газа (Пг, Па) с увеличением глубины может быть приближенно выражено уравнением Рг =0,12 -22 (2) Соответственно с увеличением газового давления возрастает газоносность угля, а с увеличением горного давления газопроницаемость угольных пластов снижается.
Многогоризонтность шахт
Для обеспечения нормальной работы забоев с переходом горных работ на нижележащие горизонты требуемое количество воздуха возрастает. Повышен 20 ная потребность в расходе воздуха усложняет организацию вентиляционного хозяйства шахт и сдерживает увеличение нагрузки на забои [2, 27].
Подача большого количества воздуха потребует соответствующих сечений подающих стволов и горизонтальных выработок, применения секционного проветривания и нагнетательно-всасывающего способа, увеличения количества и мощности вентиляторов, а следовательно, увеличения капиталовложений и эксплуатационных за трат.
Многогоризонтностъ шахт.
Шахтные поля района имеют ограниченные размеры (1700—6700 м по простиранию и 800—2300 м вкрест простирания). Недостаточные размеры шахтных полей, низкий уровень извлечения запасов и селективная выемка в первую очередь мощных ненарушенных пластов и пластов с коксующимися углями приводят к тому, что по ряду шахт срок службы горизонтов не превышает 8—10 лет. По этой причине уже через 4-5 лет после сдачи шахты в эксплуатацию или вскрытия нового горизонта начинается подготовка следующих, что приводит к одновременной работе на нескольких горизонтах [5, 7].
Многогоризонтность шахт сопровождается большой разбросанностью горных работ. На шахтах одновременно разрабатывается в среднем по девять пластов. Все это значительно осложняет проветривание, поддержание горных выработок, транспорт, отработку выемочных полей, снижает безопасность и технико-экономические показатели производства. /. 7. Потери угля при разработке месторождений.
Сложные природные условия месторождений постоянно отражаются на степени извлечения запасов угля. Последний период их эксплуатации характеризуется тем, что все больше и больше угля остается в недрах и для сохранения добычи приходится вовлекать в разработку все новые и новые поля и горизонты [10].
Наиболее значительную часть общих потерь составляют эксплуатационные, на долю которых приходится около 75%. Потери от геологических и гидрогеологических условий составляют 18%, в общешахтных целиках — 5%. Потери в целиках под охраняемыми объектами на поверхности из-за неправильных решений, принятых в прошлом, резко возрастают. На некоторых шахтах количество законсервированных запасов в целиках достигает 35—45%. Запасы в целиках увеличиваются с глубиной разработки. В ряде случаев они возрастают на вторых горизонтах в 2 раза, на третьих — в 3,5 раза, на четвертых - более чем в 5 раз. В охранных целиках на шахтах района законсервировано более 900 млн.т.
Иногда подготовка участков ограниченных размеров между целиками становится экономически невыгодной. На некоторых шахтах не отрабатываются маломощные пласты (Проводники IV Внутреннего, Мощного и другие), что также приводит к росту потерь. С увеличением глубины горных работ увеличиваются эксплуатационные потери угля. Установлено, что с опусканием на каждый последующий горизонт потери (П, %) увеличиваются в среднем при мерно на 2,2%.
При высоких потерях в общешахтных целиках и постоянном росте эксплуатационных потерь извлечение запасов по району не превышает 45%.
Повышенные потери объясняются также невысоким уровнем разведанно-сти запасов.
В настоящее время коэффициент разведанности составляет по району 0,42, а по отдельным шахтам он еще меньше.
Значительная часть запасов консервируется также в охранных целиках, на участках под пожарами и опасных по прорыву глины. Рост потерь ведет, с одной стороны, к снижению эффективности разработки, с другой, повышению сложности и опасности работ.
Таковы основные характерные горно-технические условия разработки месторождений района. Однако природные условия определяют лишь потенциальные возможности отрицательного проявления рассмотренных выше факторов. При прочих равных условиях характер и интенсивность их протекания обусловливаются применяемой технологией разработки. 1.8. Технологические схемы разработки крутых и крутонаклонных пластов с применением очистного агрегата ЩРГТМ.
Разнообразие и сложность горно-геологических условий района обусловили большое число применяемых систем раз работки. За годы эксплуатации месторождений были испытаны почти все известные в горной практике систе-мы разработки и их варианты.
Исследуя участие систем разработки в добыче угля за последние 60 лет, можно условно выделить четыре этапа их развития.
Первый этап — до 1941 г. — характеризуется значительным удельным весом системы разработки длинными столбами по простиранию с обрушением кровли (51,5%), а также широким применением камерных систем с обрушением кровли (12,7%).
На втором этапе — 1941—1949 гг. — осуществлялся широкий переход на щитовую систему разработки, которая начала испытываться с 1935 г. В 1938 г. из-за больших потерь угля пришлось отказаться от камерной системы. Объем применения систем с закладкой за этот период был сведен до минимума (0,4%).
На третьем этапе - 1949—1969 гг. — происходил дальнейший переход на щитовую систему разработки (до 60%) с внедрением механизации для проведения подготовительных выработок, а также некоторое увеличение объема применения систем с закладкой. В этот период появляется комбинированная система разработки с гибким перекрытием.
Математическое описание технологического процесса «очистные работы»
Увеличение добычи угля в специфических условиях шахт Прокопьевско-Киселевского месторождения связано, прежде всего, с концентрацией горного производства, экономии как живого так и овеществленного труда. Для того чтобы дать соответствующую оценку безопасным параметрам концентрации горных работ необходимо математически описать технологический процесс «очистные работы» для конкретной системы разработки пластов крутого падения с помощью очистного агрегата ЩРПМ [15, 18, 21].
При математическом описании технологического процесса «очистные работы» при отработке пластов угля крутого падения механизированным способом учитываются технологические и основные горногеологические факторы: технологические схемы выемки опорных целиков угля в очистном забое в зависимости от применения системы разработки; конструкции применяемых крепей, шаг подвигания забоя за цикл, вид крепи и площадь сечения углеспускных печей при щитовой системе разработки, количество приемов и коэффициент извлечения угля по мощности пласта в зависимости от способа выемки угля и применения систем разработки, мощность и угол падения пласта; длина очистного забоя, продолжительность рабочей смены и количество рабочих смен по добыче угля в течение суток, продолжительность подготовительно-заключительных операций и технологические перерывы, численный состав сменного звена горнорабочих очистного забоя, затраты рабочего времени на выполнение операций технологического цикла.
Технологический процесс "очистные работы" рассматривается как система, состоящая из независимо действующих очистных забоев в пределах вы г емочного поля, а структурно-технологическая схема добычи угля в очистном забое принимается как процесс, состоящий из отдельных технологических операций, подчиняющихся цикличной организации производства, свойственной всем системам разработки.
Основные принципы организация технологического цикла формируются на основе закономерностей, которым подчиняются все технологические операции. В основу изучения продолжительности цикла положен принцип возможности выполнения технологических операций параллельно во времени и последовательно в пространстве.
Математическое описание технологического процесса «очистные работы».
Под математическим описанием технологического процесса «очистные работы» понимается построение функции нагрузки в единицу времени на очи г стной забой для конкретной системы разработки в зависимости от параметров очистного забоя, численного состава сменного звена горнорабочих, последова 37 тельности и продолжительности выполнения операций технологического цикла
Для принятия решения о нагрузке на очистной забой в единицу времени при щитовой системе ЩРПМ в первую очередь, в каждом конкретном случае, определяются значения параметров, входящих в выражения (9) и (10).
Количество рабочих смен по добыче угля в течении суток, продолжительность рабочей смены, затраты времени на приемку и сдачу смены, регламентированное на личные надобности, коэффициент отдыха, учитывающий дополнительное время на отдых в процессе основных и вспомогательных операций, определяется утвержденным для конкретной шахты режимом работы и регламентированными актами о труде. Коэффициент извлечения запасов по мощности пласта можно определить по известной формуле: Площадь сечения углеспускной печи в проходке определяется видом применяемой крепи: при креплении скважины тюбингами из углепласта или металла S = 1.33 м2; при креплении деревянным срубом Syn= 2.25 м2.
Шаг перемещения щитовой крепи за цикл г равен 1м и он определяется вместимостью канавы, способной аккумулировать отбитый уголь, наличием необходимого свободного сечения под щитом для проветривания забоя после взрывных работ и свободного прохода для горнорабочих очистного забоя к рабочему месту.
Экономическая оценка целесообразности отработки мощных пластов угля с применением агрегата ЩРПМ взамен щитовых крепей Чинакала со скреперованием и без скреперования угля вдоль очистного забоя
Отработка запасов угля на пластах мощностью 5 м с углами падения 70 с применением агрегата очистного ЩРІІМ-І по экономическим и техническим параметрам целесообразна и высоко эффективна [15, 18], так как:
1. В пределах выемочного поля сокращаются на 6,1% потери угля в недрах и возрастают на 8,7% промышленные запасы угля,
2. Объем проведения подготовительных выработок на 1000 т добычи угля снижается в 1,1 раза (с 26,1 до 23,7 м) в сравнении со щитовыми крепями со скреперованием и в 1,7 раза (с 41,2 до 23,7 м) - в сравнении со щитовыми крепями без скреперования,
3. Возрастает в 2,47 раза (с 296 до 730 т) среднесуточная нагрузка на выемочное поле в сравнении со щитовыми крепями со скреперованием угля и в 1,47 раза (с 498 до 730 т) - в сравнении со щитовыми крепями без скреперования,
4. Сокращается в 2,2 и 1,3 раза соответственно срок отработки выемочного поля, что является важным фактором при отработке пластов, опасных по самовозгоранию угля.
5. Возрастает в 2 раза (с 126,5 до 255 т/мес.) производительность труда рабочего по участку в сравнении со щитовыми крепями со скреперованием угля и в 1,4 раза (с 176,6 до 255,0 т/мес.) - в сравнении со щитовыми крепями без скреперования на основе роста производительности труда горнорабочего очистного забоя соответственно в 2,5 и 1,5 раза.
6. Снижаются в 1,1 раза затраты на добычу угля в пределах выемочного поля в сравнении со щитовыми крепями со скреперованием ив 1,03 раза - в сравнении со щитовыми крепями без скреперования угля.
Кроме того, применение в очистных забоях агрегата ЩРПМ-І позволяет обеспечить: - отработку запасов угля механизированным способом и на пластах с неустойчивыми кровлями и сползающими почвами, так как крепь агрегата не распирается между боковыми породами, а удерживается от "сползания по падению пласта за счет попеременной опоры на угольный целик у кровли или почвы пласта. Расположение забоя под углом естественного откоса также позволяет избежать прорывов породы под щитовое перекрытие; - безопасные условия ведения горных работ и комфортность механизированного труда горнорабочего очистного забоя в сравнении с применением щитов крепей со скреперованием и без скреперования угля вдоль очистного забоя.
Данные расчеты и предложения подтверждаются опытом работы агрегата на шахтах «Киселевская» и им. Дзержинского. На шахте «Киселевская» агрегатами ЩРПМ отрабатывался пласт II
Внутренний восточного крыла II Тырганской антиклинали с квершлага №62 -юг мощностью 5,1-6,0 м с углом падения 46—59. Кровля пласта неустойчивая, почва — средней устойчивости. Уголь из очистного забоя самотеком транспортировался по незакрепленным углеспускным печам-скважинам, пройденным сразу на всю высоту выемочного столба (82 м), на конвейерный штрек, по нему двумя скребковыми конвейерами С-53 - в бункер передового ската вместимостью около 20 т. На погрузочном пункте разминовка отсутствовала, под погрузку подавалось 25 вагонов типа УВГ—3,3, которые при нормальной работе агрегата зафужались в среднем за 27-30 мин. На маневровые работы по замене груженых вагонеток порожняком затрачивалось 30—40 мин.
За период эксплуатации была достигнута среднесуточная нагрузка по щитовому столбу 630 т при максимальной - 1000 т. Производительность горнорабочего очистного забоя доведена до 100 т/вых.
Позднее отрабатывался пласт IV Внутренний западного крыла II Тырганской антиклинали с квершлага №57 - запад мощностью 5,8-6,2 м с углом паде-ния 49-55. Кровля пласта неустойчивая, почва - неустойчивая, склонная к пучению. Схема подготовки выемочного участка и каждого из выемочных столбов наклонной длины 90 м, а также транспортная цепочка полностью соответствовали условиям пласта II Внутреннего. Несмотря на сложные горно-геологические условия, при отработке данного пласта была достигнута максимальная суточная нагрузка на афегат 1280 т при средней по щитовому столбу 560 т.
На шахте им. Дзержинского АО «Прокопьевскуголь» агрегатами ЩРПМ-I отрабатывался пласт Двойной с квершлага №2 - запад мощностью 5,0-6,4 м с углом падения 35-41. Почва пласта - устойчивый алевролит крепостью до 6, кровля - устойчивый алевролит крепостью 4-6. На уровне середины выемочного столба по всей длине выемочного поля было геологическое нарушение — сброс пласта в сторону кровли с амплитудой до 1м. Наклонная высота выемочного столба составляла 120 м. Выемочный столб делился на четыре подэтажа промежуточными штреками. Уголь из очистного забоя самотеком по эмалированным рештакам, печам, закрепленным деревом, транспортировался на третий промежуточный штрек, по нему тремя скребковыми конвейерами С-53 — в грузовое отделение передового ската. Погрузка осуществлялась в вагонетки УВГ-3,3, под погрузку подавалось не более 15 вагонов, на маневровые работы затрачивалось 30-45 мин.
Похожие диссертации на Разработка безопасных параметров механизированной выемки крутопадающих пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения
