CC BY
48
© В.П Потапов, В.А. Федорин, О. В. Кассина, 2006
УДК 622.272
В.П. Потапов, В.А. Федорин, О.В. Кассина
СОВРЕМЕННЫЕ ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ УГОЛЬНЫХ ШАХТ КУЗБАССА
Семинар № 15
П середине декабря 2005 года в
.О Кемеровской области был добыт рекордный объем угля - впервые в истории угледобычи Кузбасс перешагнул 160миллионный рубеж и к ново-годнему празднику довеском к этой цифре на склады угольных компаний и в вагоны легло еще 7 млн т угля - итого 167 млн т [1].
За прошедший 2005 год в Кузбассе были введены в эксплуатацию 5 угледобывающих предприятий - шахты «Владимирская», «Новая-2», блок № 2 шахты «Анжерская-Южная», «Колмогоровская-
2» и один разрез «Белорусский». Выросло и количество высокопроизводительных бригад - в 2005 году в Кузбассе стало уже 28 очистных бригад-миллионеров, которые совместно обеспечивают более 53 % всего объема подземной добычи угля в год. Среди них сразу 5 бригад добыли нынче свыше двух миллионов угля каждая. Есть и российский рекорд добычи 3,2 млн т угля в год из одного комплексномеханизированного очистного забоя. Шахтеры Кузбасса наглядно показывают, что большая добыча - это уже обычная работа в режиме 5, 10, 15 тыс. т в сутки из одного очистного забоя.
Геотехнологическая структура вскрытия и подготовки шахтного поля, определяющая тип шахты, объемы, сроки строительства и эффективность горного предприятия является наиболее консервативной частью проекта освоения шахтного поля и требует значительных инвестиций. Концентрация очистных работ и использование механизированных комплексов с
производительностью 10 и более тыс. т в сутки, обеспечивающих практически годовую мощность шахты в 1-2 млн т угля из одного забоя, потребовали изменения методологической базы проектирования способов вскрытия и подготовки угольных пластов при освоении новых угленосных площадей и реконструкции существующего шахтного фонда Кузбасса.
Разработанная в Институте угля и уг-лехимии СО РАН концепция эволюции геотехнологической структуры (ГТС) угольных шахт положена в основу совершенствования технологических решений при подземной разработке угольных пластов пологого залегания [2]. Изучение эволюционного процесса преобразования структуры шахты осуществляется в периоде перехода от сложных, многозвенных и многоступенчатых ГТС (традиционная шахта) к более простым и безопасным элементам структуры вскрытия и подготовки угольных пластов, обеспечивающих необходимые и достаточные условия высокопроизводительной работы очистных механизированных забоев [3].
При соответствующем научном обеспечении проектные институты «Конвер-скузбассуголь», «Гипрошахт», «Кузбасс-гипрошахт» создали принципиально новые геотехнологические структуры угольных шахт мирового технико-экономического уровня с одним высокопроизводительным очистным забоем для отработки угольных месторождений Кузбасса подземным способом [4].
Рис. 1. Технико-экономичес-кие
показатели новых шахт: Р1 - протяженность поддерживаемых выработок, всего, тыс. м; Р2 - протяженность поддерживаемых выработок на 1000 т добычи угля; Р3 - среднемесячная производительность очистного забоя, тыс. т/мес; Р4 - среднемесячная производительность труда шахтеров, т/чел в месяц
Дальнейшее исследование конструктивных и объемно-планировочных решений угольных шахт позволило декомпозировать их и прийти к понятию автономного модуля геотехнологической структуры шахты с одним высокопроизводительным очистным забоем, получившего название «модульный шахтоучасток». Соединение автономных по горным работам модульных шахтоучастков (МШУ) коммуникациями поверхностного или заглубленного типа с общей для них центральной промышленной площадкой, позволяет создать крупные угледобывающие комплексы (УДК) - высокорентабельные предприятия новой формации.
Расчетами установлено, что модульная геотехнологическая структура угледобывающего комплекса обеспечивает необходимые и достаточные условия высокопроизводительного функционирования очистного механизированного забоя при минимальном объеме вскрывающих и подготовительных выработок шахтоуча-стка (см. рис. 1)
В процессе исследований установлено, что эволюция способов вскрытия и подготовки шахтных полей, определяемая топо-
логией и метрикой сложности базовых элементов сети горных выработок, характеризуется снижением энтропии структурообразующих элементов схемы вскрытия и подготовки угольных пластов и повышением производительности очистного механизированного забоя. Обосновано, что модулем структуры шахтоучастка является автономная односторонняя панель с одним действующим высокопроизводительным очистным механизированным забоем, воспроизводимом в этой же панели.
Эволюцию геотехнологической
структуры шахт, в направлении повышения эффективности их функционирования, можно представить в следующем виде (см. рис. 2).
ТШ 1=
МШУ
=£бш
-ШБ
УДК,
где ТШ - традиционная шахта без деления на блоки; БШ - шахта с делением на блоки; ШБ - шахта-блок; МШУ - модульный шахтоучасток; УДК - угледобывающий комплекс.
Каждый этап развития ГТС шахты характеризуется уменьшением числа эле-
Рис. 2. Сводная количественная оценка энтропии Но в зависимости от числа элементов геотехно-логической структуры угольных шахт эталонного графа
ментов структуры и ее упрощением. Так в шахтах с одним очистным забоем, по сравнению с традиционной шахтой, число элементов подземной структуры значительно сокращается (с 8 до 3). Количественная оценка Но структурной сложности сети горных выработок снижается с 2,61 до 1,46 (или на 56 %).
Совершающаяся под воздействием технического прогресса эволюция геотех-нологической структуры шахты обеспечивает условия для интенсивного функционирования самой техники, и таким образом, является весьма сильным фактором эффективности добычи угля подземным способом.
Технологические решения по значительному увеличению длины выемочного столба при благоприятных горногеологических условиях модульного шах-тоучастка обеспечивает секционная схема подготовки и проветривания очистного забоя.
Процесс развития геотехнологической структуры (ГТС) угледобывающего предприятия идет в направлении снижения энтропии структурообразующих элементов
схемы вскрытия и подготовки шахтного поля.
Как показывает отечественный и зарубежный опыт, в последнее время увеличивается число шахт, имеющих 1-2 очистных забоя со стабильной нагрузкой 5-10 тыс. т в сутки. Это, прежде всего, связано с совершенствованием техники, созданием надежных механизированных комплексов, позволяющих обеспечивать расчетный уровень добычи угля по шахте из одного действующего очистного забоя. Шахты с одним очистным забоем имеют наиболее простую геотехнологическую структуру, что является одним из основных условий полного использования возможностей очистной и горно-транспортной техники.
Установлена закономерность развития геотехнологической структуры вскрытия и подготовки шахтных полей от традиционных шахт до модульных шахтоучастков и угледобывающих комплексов - высокопроизводительных предприятий новой формации.
Использование этой закономерности позволило выявить необходимые и достаточные условия высокопроизводительного функционирования очистного механизи-
рованного забоя при минимальном объеме вскрывающих и подготовительных выработок в модульном шахтоучастке:
- основой модульной структуры является автономная односторонняя панель с одним действующим высокопроизводительным очистным забоем, воспроизводимом в этой же панели;
- восходящий порядок отработки выемочных столбов позволяет увеличить длину выемочного столба до 4-6 км при благоприятных горно-геоло-гических условиях с секционной схемой подготовки и проветривания горных выработок модульного шахтоучастка;
- вынос транспортного горизонта шахты на поверхность (с формированием коммуникационного коридора) уменьшает энтропию горно-технологической структуры и оптимизирует транспортную характеристику подземного горного предприятия.
Высокая рейтинговая оценка расчетных показателей производственно-хо-
зяйственной деятельности новых угольных шахт Кузбасса (спроектированной по модульной геотехнологической структуре) ставит их в один ряд с лучшими угледобывающими шахтами мира.
Технологическими задачами таких предприятий будет являться освоение высокопроизводительного забойного обору-
1. Кузбасский уголь - 2005 //Журнал «Деловой Кузбасс». 2005. № 12(46) - Кемерово, 2005. -С. 120-121.
2. Ялевский В.Д. Эволюция и перспективы развития горнотехнологической структуры шахты.// Уголь. 1992. №8. - С. 22-23.
3. Ялевский В.Д., Федорин В.А. Модульные горнотехнологические структуры вскрытия и подготовки шахтных полей Кузбасса (Теория. Опыт.
дования и эффективной подготовки фронта очистных работ.
Появление предприятий мирового технико-экономического уровня связано с изменением объемно-планиро-вочных,
технологических и организационных решений, что приводит к распространению модульных технологических структур, наиболее полно соответствующих возможностям современного горношахтного оборудования, решению задач бездотационной добычи. Переход к новой структуре угледобывающего предприятия происходит как при перепланировке существующих горных работ, так и при освоении новых угольных месторождений Кузбасса.
В 2005 году проведено 33 аукциона на получение права пользования участками недр с целью добычи каменного угля и строительства новых и реконструкции действующих угледобывающих предприятий на участках каменноугольного месторождения Кузнецкого бассейна. По итогам проведенных аукционов передано право пользования участками с запасами в объеме 3 млрд. 713 млн т угля [1].
В 2006 году угольная промышленность Кузбасса планирует построить еще семь угледобывающих предприятий - три шахты и четыре разреза общей годовой проектной мощностью по добыче угля 9 млн т.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Проекты.) - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2000. -224 с.
4. Федорин В.А., Ялевский В.Д. Создание модульных геотехнологических структур угольных шахт мирового технико-экономического уров-ня.//Горный информационно-аналитичес-кий
бюллетень, № 10. 2003. - М.: Изд-во МГГУ. - С. 93-97.
— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------------
Потапов В.П. - профессор, доктор технических наук, директор Института угля и углехимии СО РАН,
Федорин В.А. - доктор технических наук, заведующий лабораторией геотехнологии освоения угольных месторождений,
Кассина О.В. - аспирантка, Институт угля и углехимии СО РАН.
