CC BY
30
ИНАР 1
ОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯК
ЯКА -
МОСКВА, МГГУ, 25.01.99 - 29.01.99
В.К : СИдОрчук; :В.А; : ПоТэПеНкОГ:
И.А. Шундулиди, А.С. Марков,
..... 2000
УДК: 622.273.3 .......
В.К. Сидорчук, В.А. Потапенко И.А. Шундулиди, А.С. Марков
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ВЫЕМКИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА ХVII КАМЕРНОЙ СИСТЕМОЙ В АО "ШАХТА ИМ. В.И. ЛЕНИНА"
О
дним из способов снижения капитальных и эксплуатационных затрат на угольных шахтах является вовлечение в разработку запасов угля, сосредоточенных в оставленных ранее по технологическим причинам участках со сложной конфигурацией, ограниченными размерами, компенсационных столбах, в зонах геологических нарушений, охранных и других целиках.
Разработка оставленных участков шахтных полей сопряжена с трудностями объективного и субъективного характера, обусловленными в основном отсутствием эффективных технологий и технических средств для отработки участков с усложненными горно-геологическими условиями. АО "Шахта им. В.И. Ленина" имеет значительный опыт отработки таких участков камерными системами. Совместно с АО "ПНИУИ" с 1994 года проводились исследования эффективности применения выемки угольных пластов короткими забоями, которые были опробованы на пласту XI 3-го блока, пласту XVII 2,3,4 и 5 поля. На рис. 1 показаны типичные схемы отработки пласта XVII 5-го поля. Первый участок (рис. 1,а) расположен западнее 3-го блочного откаточного квершлага и восточнее лавы 0-17-6, второй участок (рис. 1,б) расположен между ос-
новным штреком данного пласта и вентиляционным штреком лавы 0-17-2.
Для отработки первого участка была пройдена конвейерная печь с креплением кровли металлическими подхватами СВП-17 со стойками ИПК. Одновременно с проходкой печи наращивался скребковый конвейер СР-70 и устанавливался вентиляционный став для проветривания выработки вентилятором МВ-6М. Для разработки второго участка комбайном ГПК пройден конвейерный штрек сечением 10,2 м2 в присечку к вентиляционному штреку лавы 0-17-2. Крепление штрека смешанное. В зонах с неустойчивой кровлей применялась перетяжка металлической решеткой (сеткой "рабица") или деревянной затяжкой. Металлические верхняки СВП 17 устанавливались под стойки ИПК с шагом 1,4 м. Проветривание выработки осуществлялось вентилятором местного проветривания. Вслед за комбайном устанавливался скребковый конвейер СР-70.
Характеристика угледобывающей толщи вынимаемого пласта XVII представлена на рис. 2. Глубина ведения горных работ от дневной поверхности колебалась от 80 до 100 м. Гипсометрия пласта волнистая, угол падения 9-12 град. Непосредственная кровля представлена песчанником мощностью от 1,3 до 5,0 м. Сверху залегают алевролиты и угольный пласт XVI. Почва представлена алев-
ролитами мощностью до 4,0 м. Крепость песчанников 1=10, алевролитов - 1=4,5 по шкале профессора М.М. Протодьяконова. По внезапным выбросам угля, породы и газа пласт не опасен. Угольная пыль взрывоопасна. Пласт не склонен к самовозгоранию, угрожаем по горным ударам с глубины 150 м, имеет мощность 2,9-3,0 м. Допустимая площадь обнажения 1535 м2 в течение 2-х часов. Ожидаемый водоприток в забой 2-4 м3/ч, природная газоностность 3-4 м3/ч. Запасы угля по первому и второму участку являются списанными с баланса шахты и утратившими промышленное значение для шахты.
Выемка угольного пласта камерами с расширением их диагональными заходками осуществлялась по следующей технологической схеме (рис. 3). С конвейерного штрека комбайн ГПК зарубался в пласт под углом 60 град. и проходил камеру (печь) шириной 3,8 м и длиной 20-25 м. Длина камеры ограничивалась нарушением угольного пласта. Вслед за проходом комбайна для крепления кровли под деревянные стойки устанавливались подхваты длиной 4,0 м. Расстояние между стойками составляло 1,5 м, а между подхватами по ширине камеры 1,2 м. Одновременно осуществлялось наращивание скребкового конвейера С-50 и вентиляционного става для проветривания тупиковой выработки. После оформления камеры комбайн ГПК обратным ходом диагональными заходками шириной 4,0 м и длиной 7,0 м расширял выработку. Вынимаемый уголь грузился на конвейер С-50 и доставлялся на конвейерный штрек. Для крепления заходок пробивался деревянный ряд стоек с расстоянием между ними 1,0 м. По мере погащения камеры крепь поддержания кровли извлекалась. При завершении выемки заходок у конвейерного штрека оставлялся предохранительный целик угля шириной до 2,0 м. Затем комбайн выходил из отработанной камеры и перемещался к месту нарезки следующей, а на сопряжении конвейерного штрека с камерой устанавливался ряд деревянных стоек, извлекалась крепь поддержания конвейерного штрека, сокращался конвейер СР-70 и вентиляционный став. Между камерами оставлялись предохранительные целики ши-
риной: первый - 1,0-3,0 м; второй-3,0-5,0 м; третий-1,0-3,0 м и т. д.
По такой технологической схеме был отработан целик угля длиной 600 м и шириной от 20 до 40 м, добыто 48,5 тыс. тонн угля, средняя производительность труда рабочих составила 35 т/вых. При этом потери угля в оставленных предохранительных целиках составили от 40 до 50 % общих запасов на участке.
В дальнейшем по такой технологии, но с анкерным креплением кровли камеры и применением в качестве транспортного средства самоходного вагона 5ВС15М, был отработан участок пласта XVII 3-го поля. Последовательность выемки пласта показана на рис. 4. Первоначально комбайном ГПКС с конвейерного штрека проходилась камера шириной 5,0 м. Уголь
грузился в самоходный вагон и доставлялся к месту разгрузки на скребковый конвейер СР-70. Вслед за комбайном двое рабочих крепили кровлю с помощью анкеров, длиной 1,6 м, которые устанавливались под подхваты ПП-3,5 с расстоянием между ними 1,5 м и 1,0 м между верхняками. При наличии в кровле неустойчивых пород применялась затяжка из металлической решетки, которую крепили анкерами Анжер АСП длиной 1,8 м с установкой в шпуре ампул, наполненных быстротвердеющим химическим составом (рис. 4). Длина проходимых камер изменялась от 40 до 60 м. По окончании выемки камеры комбайн диагональными заходками расширял ее, при этом, в случае необходимости, устанавливался ряд деревянных стоек для поддержания кровли выработки.
Проветривание осуществлялось вентилятором местного проветривания ВМ-6М. Опыт работы на данном участке показал, что применение анкерного крепления выработок позволило сократить затраты лесоматериалов на 50-70 %, снизить трудоемкость крепления 1 м выработки с 1,5 до 0,65 чел/смен, повысить безопасность ведения работ. Использование самоходного вагона в качестве транспортного средства дало возможность исключить трудоемкие работы по монтажу и сокращению скребкового конвейера в камерах, обеспечило высокую степень загрузки комбайна, сократило сроки подготовки и отработки камер.
При разработке оставленного угольного целика (рис. 1,а) выемка пласта начиналась от границы безопасного ведения работ пл. XVII и осуществлялась в восходящем порядке. С заранее подготовленной конвейерной печи комбайн ГПКС производил зарубку в пласт и вынимал уголь в камере №1. Камера проходилась шириной 5,0 м. Сразу за комбайном устанавливалась крепь для поддержания кровли выработки, состоящая из металлического подхвата СВП-17 и двух стоек ИПК с расстоянием между ними 2,0 м. Одновременно наращивался став скребкового конвейера С-50 и вентиляционный став (рис. 5). После проходки камеры длиной 75 м комбайн разворачивался и начинал параллельную выемку полосы угля шириной 5,0 м. За комбайном устанавливались подхваты СВП-17 и стойки ИПК. После выемки заходок ширина камеры составляла 10,0 м. По мере подвигания забоя крепь демонтировалась, сокращались конвейер и вентиляционный став. Завершив выемку камеры, комбайн перегоняли на проходку следующей, с оставлением между ними целика шириной до 4,0 м. Следующая камера (№ 2) проходилась шириной 5,0 м без ее расширения. Комбайн был выведен из выработки и произвел зарубку камеры № 3 с оставлением предохранительного целика шириной 4,0 м. Отработка камеры № 3 осуществлялась по технологической схеме в последовательности, аналогичной при выемке камеры №1. По мере выемки камер извлекалась крепь в конвейерной печи, сокращался скребковый конвейер СР-
Рис. 2. Харастеристика углевмещающей толщи пласта XVII
70, демонтировался вентиляционный став.
Промышленные запасы угля на данном участке составляли около 63,0 тыс. тонн. По данной технологии за период наблюдений было добыто 20 тыс. тонн угля, после чего, по организационным причинам, работа на участке была временно приостановлена.
Потери угля в целиках составили до 40 %, а производительность труда рабочих в среднем достигала 38-43 т/вых.
После поставки на шахту комплекта передвижных опор, конструкция которого была разработана в АО "ПНИУИ", изготовленного на АО "Северо-Задонский экспериментальный завод", отработка данного участка продолжилась с применением для крепления и поддержания кровли выработок комплекта передвижных гидроопор, который состоял из забойной опоры, роторного транспортного средства с расположенными на нем гидропорами и посадочной секции. С этой целью был подготовлен экспериментальный участок (рис. 1). В присечку к монтажной камере лавы 0-17-2 дополнительно пройдена разрезная печь с целью обеспечения проветривания проходимых выработок за счет об-
щешахтной депрессии. Первоначально с конвейерной печи комбайном ГПКС была пройдена выемочная выработка шириной 3,5 м и длиной 45 м с выходом комбайна на разрезную печь. За комбайном производилось крепление кровли металлическими подхватами СВП-17 и стойками ИПК, устанавливался конвейер С-50 и вентиляционный став для проветривания проводимой выработки. Одновременно вдоль выработки прокладывались напорная и сливная гидромагистрали. Выйдя на разрезную печь, комбайн развернулся и нарезал монтажную камеру шириной 4,0 и длиной 8,0 м, в которой был смонтирован комплект передвижных гидроопор ДКС (рис.6). После чего комбайн продолжил выемку параллельной полосы угля шириной 4,0 м. Машинист крепи следил за работой комбайна и передвигал крепь, не допуская ее отставания. Процесс передвижки крепи заключался в следующем. Сначала сокращались гидростойки забойной опоры, затем ее передвигали на шаг 0,71 м и распирали. Подтягивали роторное транспортное средство к забойной опоре и перемещали по ротору гидроопору, стоящую у завала, к забою. После чего сокращали посадочную секцию, перемещали ее на шаг передвижки и производили распор гидростоек. Затраты времени на вы-движку комплекта составили 2,35 мин, что обеспечивало скорость крепления 0,3 м/мин. В результате применения комплекта сократились затраты ручного труда и расход материалов при креплении кровли камеры, повысилась безопасность ведения работ.
Исследования работоспособности комплекта гидроопор показали перспективность его дальнейшего использования в качестве крепи для поддержания кровли горных выработок при камерно-столбовой системе разработок.
Сравнение вариантов технологических схем позволил сделать следующие выводы:
- применение первого варианта (рис. 3) требует значительных затрат лесоматериалов. Установка деревянных стоек, а затем частичное их извлечение являются трудоемким процессом, требующим затрат ручного труда, кроме того эти операции небезопасны для рабочих, занятых креплением кровли выработок. Установка и сокращение скребкового конвейера С-50 являются операциями, выполнение которых связано с тяжелым физическим трудом и значительными затратами времени.
Второй вариант выемки (рис. 4) с диагональным расширением камер позволяет исключить крепление кровли деревом, однако установка и извлечение металлической крепи из подхватов СВП-17 и стоек ИПК также требуют затрат времени и ручного труда. Использование скребкового конвейера С-50 в качестве транспортного средства хотя и обеспечивает возможность непрерывной доставки угля от комбайна на конвейерный штрек, требует затрат времени и тяжелого физического труда.
В третьем варианте (рис. 5) применяемый самоходный вагон 5ВС15М позволил исключить работы, связанные с установкой скребкового конвейера и увеличить длину камеры. Кроме того, анкерное крепление дало возможность исключить применение деревянной и металлической крепи, а также сократить затраты времени на крепление кровли.
В четвертом варианте (рис. 6) применение комплекта передвижных гидроопор обеспечило частичную механизацию процесса крепления кровли при расширении камеры параллельной за-ходкой. Сократились затраты материалов и ручного труда, однако полностью ликвидировать их не удалось.
Анализ результатов использования технологии отработки участков сложной конфигурации камерными системами показал, что за счет их применения удалось добыть дополнительно 100 тыс. тонн угля из запасов ранее списанных с баланса шахты, выемка которых механизированными комплексами была практически невозможна. Использование однотипного оборудования при проходке вырабо-
ток и выемке угля в камерах резко сократило затраты на оборудование. Кроме того, минимизации затрат способствовало применение ранее эксплуатировавшихся при проведении подготовительных выработок проходческих комбайнов. Разработка некондиционных участков позволила обеспечить дополнительные рабочие места и решить ряд социально-экономических проблем.
Однако, низкая производительность проходческих комбайнов не позволила достичь высоких показателей по объему добычи угля и производительности труда ГРОЗ, что в целом снизило эффективность использования камерной технологии.
В целях дальнейшего развития и повышения эффективности камерной и камерно-столбовой систем разработки угольных пластов необходимо использовать высокопроизводительные широкозахватные комбайны типа "Континиус майнер" фирмы "Джой" и самоходные вагоны на пневмоходу отечественного или зарубежного производства в качестве транспортного средства для доставки угля. Крепление кровли камер должно осуществляться с помощью анкеров, устанавливаемых переносными установками типа "Вомбат", а при расширении ка-мер-мобиль-ными автономными крепями типа "Вест Альпине". При этом комплекты передвижных гидроопор
ДКС целесообразно применять в камерах длиной не менее 300 м для того, чтобы сократить объем работ, связанных с монтажом и демонтажом комплектов при их перегоне из камеры в камеру.
Исследования показали, что наиболее перспективной для условий АО "Шахта им. В.И. Ленина" является камерно-столбовая система разработки с шириной камер и столбов 5,0-6,0 м, обеспечивающая проветривание выработок за счет общешахтной депрессии, снижение потерь угля в ме-ждукамерных целиках и возможность безопасной выемки угля в заходках без крепления кровли.
Г
Сидорчук В.К. АО «Подмосковный научно-исследовательский уі ольный инсіи іуі». Потапенко В.А. докчор технических наук, профессор, АО «Подмосковный научно-
исследовательский угольный институт».
Шундулиди И.А. — кандидат технических наук, АО «Шахта им. В.И. Ленина».
Марков А.С. — АО «Шахта им. В.И. Ленина».
у
