CC BY
78
ГЕОТЕХНОЛОГИЯ
УДК 622.272
В.А. Федорин, А.Л.Тациенко
ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СХЕМ ПОДГОТОВКИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ШАХТЫ «ОКТЯБРЬСКАЯ» (СУЭК).
Подземный способ добычи высококачественного энергетического угля осуществляется преимущественно в относительно благоприятных горно-геологических условиях угольных шахт Сибирской угольно-энергетической компании (СУЭК) с учетом требований рентабельности производства и конечных цен потребителей. На современных угледобывающих предприятиях рентабельность производства напрямую связана с производительностью очистного механизированного забоя.
Установлено, что производительность очистного забоя зависит, от типа и параметров геотех-нологической структуры (ГТС) шахты. [1]
Среди параметров геотехнологической структуры шахты заметное значение имеет величина первоначальных запасов выемочного столба, которая определяет трудоёмкость работ по подготовке очистного фронта, объёмы горноподготовительных и монтажных работ, продолжительность производительного использования очистного оборудования. Исследованиями установлена тесная связь между величиной первоначальных запасов выемочного столба и средней нагрузкой на очистной забой.
Увеличение первоначальных запасов угля в подготовленных к выемке столбах увеличивает среднюю производительность очистного забоя за счёт увеличения стабильного периода работы и
относительного уменьшения "дефектных" запасов в выемочном столбе.
Величина первоначальных запасов угля в выемочном столбе может быть увеличена, главным образом, за счёт увеличения его параметров -длины очистного забоя и протяжённости по простиранию [1].
На рис. 1. проведен анализ размеров и запасов выемочных столбов на угольных шахтах Кузбасса, NSW (Австралия), а также проекты угольных шахт на месторождениях Ерунаковского района Кузбасса, подготовленные институтами «Конвер-скузбассуголь» (г.Кемерово) и «Гипроуголь» (г. Новосибирск) по модульным геотехнологическим структурам. Установлено, что при длине комплексно-механизированного забоя 150 м и выемочного столба 1200м запасы составляют 820тыс.тонн на угольных шахтах Кузбасса. Австралийские шахты (NSW) имеют соответственно размеры 200 х 2000 с запасами в среднем на 1000 тыс.тонн больше. Проекты, основанные на технологических решениях в модульных структурах (ш."Котинская"), увеличивают размеры и запасы выемочных столбов в 3 - 6 раз, что позволяет очистному забою выйти на производительность 4 и выше млн.т/год.
Производительность очистного забоя также имеет тесную связь с протяжённостью поддерживаемых выработок, рост которой снижает надёж-
280
* 260
ЕЛО
ҐП
05
О 220
300
160
сд 140
Сое ояние-
пложу Л Ь*М!
гологинеок
Россия (Кузбасе)
Р О Е К Т
горно*
4« отруктуьы
КОН ВЕРС КУЗБАССУ ГОЛЬ
ГИПРОУГОЛЬ
ЮОО 2000 3000 4000 5000
Длина выемочного столба, г
еооо
7000
Рис. 1. Размеры (по осям) и запасы (тыс.т.) выемочных столбов угольных шахт
Рис. 2. Конструкции выемочных панелей Цифровые обозначения: 1 - двухсторонняя панель; 2 - односторонняя удлиненная панель; 3 - длинная секционированная профилированная панель.
ность функционирования всех систем шахты, в ряде случаев характеризует степень разбросанности горных работ, которая является следствием целого ряда причин, в том числе организационного характера.
Планировочные решения большинства шахт Кузбасса имеют в своей основе двухсторонние панели, которые затрудняют реализовать меры по росту первоначальных запасов выемочного столба из-за ограниченных размеров по простиранию и сложностей с организацией подготовительных работ. Кроме того, в панелях этого типа не всегда есть возможность обеспечить благоприятное направление отработки очистных забоев по факторам геомеханики, газоотведения и водоотведения в обеих частях панели.
На современных шахтах Кузбасса уже осуществлён переход к выемочным панелям с увеличенными размерами по простиранию, имеющими, в основном, фланговое вскрытие. Такая конструкция панели позволяет увеличить первоначальные запасы выемочного столба в 1,5-2,0 раза, сокра-
тить объём поддерживаемых выработок и увеличить надёжность технологических систем шахты за счёт разделения во времени и пространстве очистных, подготовительных и монтажных работ. Кроме того, в этом случае есть возможность выбрать благоприятное направление движения очистного забоя, спрофилировать горные работы с целью создания нормальных условий для подготовительных работ и исключить образование водоугольной пульпы и подтопляемых мульд в горных выработках. [1]
Дальнейшее развитие этих идей Институтом угля и углехимии СО РАН в проектах Института "Конверскузбассуголь" привело к появлению секционированных панелей длиной до 6,0 км, основные технологические решения которых защищены патентами РФ. Длинные секционированные панели сочетают в себе все достоинства односторонних панелей, для них характерен значительный рост первоначальных запасов выемочного столба, величина которых соответствует техническому ресурсу современного горно-шахтного оборудо-
Усж 01 мы е о о ” кї те*» с я
- ТТЛ т-д. ■■ т.тт- тгтт- ДЇПІ * ТТТТІ у НЕЕ
- тга т-д. ■■ т.тт- тгтт- ДЕИХ * ТТТТІ 1ФДЫ
- ДЇШ «ШП Г* ДОу 10 ПІ Н” П ХГ-'ЯХ-ПХХ
- 10 Д+уГ+ПКШЕ ГГр'ПЫН
Рис. 3. Схема нисходящего порядка отработки длинных столбов в панели.
Таблица . Зависимость производительности очистного забоя от типа панели
Тип панели
№ п/п Наименование показателя Ед. изм. няя н о р о т с х у а Односторонняя удлинённая Длинная секционированная
1 Запасы выемочного столба, % 100 200 600
Коэффициент роста нагрузки на очистной забой - 1,0 1,15 1,5
2 Протяжённость поддерживаемых выработок на 1000 м2 площади выемочного столба % 100 90 80
Коэффициент роста нагрузки на очистной забой - 1,0 1,1 1,25
3 Коэффициент готовности по транспортной системе Коэффициент роста нагрузки на очистной забой - 01 0,8 1,33 0,8 1,33
4 Результирующий коэффициент роста нагрузки на 1,0 1,68 2,49
очистной забой
5 Расчётная производительность очистного забоя т О т/ 5000 8400 12450
вания и ещё большее снижение удельного объёма поддерживаемых выработок. Сравнение средних расчётных нагрузок на очистные забои при прочих равных условиях показано на рис. 2 и в таблице (за базу для сравнения принята двухсторонняя панель), из чего следует, что переход к использованию длинных секционированных панелей позволит увеличить среднюю нагрузку на забой при всех равных остальных условиях более чем в два раза. [1]
Как отмечено выше, одной из главных задач проектирования является преобразование типа и параметров геотехнологической структуры шахты. В этой связи на шахте предусматривается, с учетом ожидаемых горно-геологических условий залегания пластов, их гипсометрии, создание длинных секционированных панелей с профилированными выемочными столбами.
Технологически и, как результат, экономически эффективным порядком отработки панели по простиранию является обратный порядок (от фланговых уклонов к главным), исключающий перепробег угля при конвейерной транспортировке. Отработка панели по падению возможна как в нисходящем, так и в восходящем порядках.
Технологическая схема при нисходящем порядке отработки панели предусматривает бесце-ликовую выемку запасов угля ( рис. 3).
При восходящем порядке отработки, при условии транспортировки угля в очистном забое вниз, выемка межштрекового целика весьма затруднительна и, вероятно, нецелесообразна. В связи с этим выемочные столбы необходимо отрабатывать по технологической схеме либо с оставлением целика, либо транспортировать уголь вверх по забою, что снизит производительность забойного конвейера и, соответственно, очистного забоя.
Кроме того, большой объём подготовки пускового комплекса при восходящем порядке отра-
ботки определяет более длительный срок до начала ведения очистных работ.
Концентрация производства, как известно, является одним из главных факторов повышения его эффективности.
На шахтах, использующих очистные механизированные комплексы и другую современную технику, концентрация производства осуществляется через рост производительности очистного забоя.
Технические возможности основного добычного и транспортного оборудования (комбайнов, забойных и ленточных конвейеров, электронных систем управления комплексами) позволяют добывать из очистного забоя 10-30 т угля в минуту (10-15 тыс.т в сутки).
Учитывая наличие значительных резервов производительности добычного и транспортного оборудования, в целях достижения максимального экономического эффекта, шахты основных угледобывающих стран мира с рыночной экономикой имеют, как правило, один среднедействующий очистной забой. При этом инфраструктура шахт максимально уменьшается, что способствует высокопроизводительной работе одного очистного забоя.
Значительная концентрация горных работ обусловливает необходимость изменения подходов в управлении и организации производства. Организационный фактор занимает одно из основных мест вследствие того, что в условиях концентрированного горного производства простои очистного забоя негативно влияют на техникоэкономические показатели, снижая уровень рентабельности предприятия. [2]
В настоящее время все горные работы шахты "Октябрьская" сосредоточены на пласте Полыса-евском-1. Пласт Надбайкаимский отрабатывался шахтой до 1993 года длинными столбами по простиранию в верхней части шахтного поля (до гор.-
100м). С 1994 года горные работы по данному пласту не осуществлялись. Часть выработок поддерживается шахтой до настоящего момента: основной штрек гор. -7, участковые выработки частично готовой лавы 1120, бремсберги №111. Часть выработок была шахтой затоплена -путевой, конвейерный и вентиляционный уклоны №112. [3]
Учитывая, что запасы пласта Полысаевского 1 дорабатываются, руководством шахты было принято решение о возобновлении горных работ на пласте Надбайкаимском.
Вскрытие пласта Надбайкаимского осуществлено в настоящее время на двух горизонтах: гор-100м и гор.-7,0м.
Вскрытие пласта на гор. -100м осуществлено главным вентиляционным квершлагом, пройденным вдоль западной границы поля и конвейерным квершлагом, который пройден в центральной части шахтного поля.
Вскрытие пласта на гор. -7,0 м осуществляется вентиляционным квершлагом, который пройден до вентиляционного ствола.
Кроме того, в настоящее время шахтой осуществляется проходка наклонного квершлага (на БВР) с дренажного квершлага гор.-100м на пласт Надбайкаимский. Проектируемая длина квершлага составляет 500м, угол наклона - 15°, сечение 11м2 в свету, крепление - арочная рамная метал-
лическая крепь.
Ниже рассматриваются возможные варианты отработки пласта Надбайкаимского. Пласт характеризуется благоприятными горно-геологическими условиями залегания. Гипсометрия пласта слабоволнистая, угол падения пласта 0-30°, дизъюнктивные нарушения отсутствуют. Данные горногеологические условия определили применение системы разработки - длинные столбы по простиранию с полным обрушением кровли. Отработка запасов угля ведется механизированными комплексами с оставлением межлавных целиков [3].
Система разработки - длинные столбы по простиранию с полным обрушением кровли как наиболее целесообразная в данных условиях. Она применяется в западном и южном выемочных блоках. В восточном блоке шахтного поля предусматривается система разработки длинными столбами по восстанию.
Отработка выемочных столбов предусматривается обратным ходом от границ выемочных блоков к уклонам (магистральным штрекам). Подготовка и отработка выемочных столбов осуществляется с оставлением межлавных целиков. Ширина межлавных целиков принята в среднем 25м. Длина выемочных столбов составляет 8002400м. Длина лав колеблется от 130 до 240м. Длина выемочных столбов и лав определилась их
местоположением.
Шахтное поле разделено на три блока - западный, восточный и южный. Такое деление обусловлено следующими факторами:
- сложная конфигурация шахтного поля;
- расположение вскрывающих выработок;
- минимальные затраты и срок строительства.
Рассматривается два варианта подготовки выемочных блоков по пласту Надбайкаимскому -раздельная и совместная подготовка восточного и западного блоков. При этом подготовка южного блока при всех вариантах остается неизменной.
При раздельной подготовке центральные уклоны 112, разделяющие западный и восточный блоки проходятся до оси синклинали и сбиваются осевыми штреками с наклонным квершлагом. Нарезка выемочных столбов в западном блоке производится по простиранию.
В восточном крыле нарезка выемочных столбов осуществляется по восстанию. Связь с центральными уклонами 112 осуществляется через магистральные конвейерный (транспортирование горной массы) и путевой (выдача исходящей струи, транспортирование материалов и оборудования, перевозка людей) штреки, пройденные в верхней части поля и через осевые штреки пройденные в оси синклинали (подача свежего воздуха, организация проходки с фланга)
Преимущества отработки лав по восстанию заключаются в следующем:
• минимальные объемы подготовительных работ;
• надежное газоуправление на выемочном участке при движении лавы по восстанию с
отводом газовоздушной смеси через заднюю сбойку;
• отвод водопритока.
Объединенная подготовка заключается в нарезке лав на всю длину от центральных уклонов, закладываемых в целике под главный квершлаг гор-100м у западной границы до восточной гра-
ницы шахтного поля с переходом лавами уклонов 112. При этом были рассмотрены два варианта с восходящим и нисходящим порядком отработки выемочных столбов.
Западный блок подготавливается нарезкой выемочных столбов по простиранию. В данный блок вошли восемь выемочных столбов с длиной от 1000 до 1300 м. Отработка ведется на уклоны 112 в нисходящем порядке.
Восточный блок подготавливается нарезкой выемочных столбов по восстанию. При чем он разделяется осевыми штреками на два подблока с отработкой выемочных столбов по восстанию в направлении от осевых штреков к магистральным. В данный блок вошли десять выемочных столбов с длиной от 600 до 1300м.
Южный блок подготавливается нарезкой выемочных столбов по простиранию (аналогично вышележащему пласту Полысаевскому 1). В данный блок вошли четыре выемочных столба с длиной от 800 до 2500м. отработка ведется в восходящем порядке по направлению к центральным уклонам 114.
Первой в эксплуатацию по данному пласту предусматривается ввести верхнюю в западном блоке лаву 1120. Учитывая, что она практически готова, объемы ее подготовки минимальны (750м конвейерного штрека и новая монтажная камера). На фланге западного блока предусматривается проходка уклонов 114, которые сбиваются с существующим главным квершлагом гор. -100м..
Свежий воздух подается с нижней точки шахтного поля через наклонный квершлаг на центральные уклоны 112 и далее на выемочный участок. Исходящая струя воздуха выдается по центральным уклонам на вентиляционный квершлаг гор-7м и далее по вентиляционному стволу на поверхность. Горная масса транспортируется до наклонного конвейерного квершлага и далее по нему по существующей схеме. (рис 4)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ялевский В.Д., Федорин В.А. Модульные горнотехнологические структуры вскрытия и подготовки шахтныхых полей Кузбасса (Теория. Опыт. Проекты). -Кемерово: Кузбассвузиздат, 2000. -224 с.
2. Потапов В.П., Федорин В.А., Кассина О.В. Современные геотехнологические структуры угольных шахт Кузбасса.//Горный информационно-аналитический бюллетень, № 6. 2006. -М.: Изд-во МГГУ. -С. 252-255.
3. Проект доработки запасов пласта Надбайкаимский в границах горного отвода/ Кузбассгипро-шахт. -Кемерово. 2001
□ Авторы статьи:
Федорин Валерий Александрович
- докт. техн. наук, зав. лаб. геотехнологии освоения угольных месторождений Института угля и углехи-мии СО РАН.
Тациенко Александр Леонидович
- аспирант Института угля и угле-химии СО РАН, горный мастер шахты «Октябрьская»
