CC BY
28
ГОРНОЕ ДЕЛО
УДК 622.831.33
НАПРАВЛЕНИЯ МЕХАНИЗАЦИИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ УГЛЯ В УСЛОВИЯХ
ШАХТЫ ГОПАЛИЧАК (ИНДИЯ)
В.И. Пронин, А.К. Сингх
Кафедра горного дела Российского университета дружбы народов 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6
В статье рассматриваются возможные пути механизации добычи угля на шахте Гопаличак. Предложены два варианта: короткозабойные комбайны для камерной системы разработки и механизированные комплексы для длинных очистных забоев. Значительное внимание уделено охране природных объектов при ведении горных работ. Определены параметры сдвижения земной поверхности и дана оценка полученным значениям.
В горных отводах шахты Гопаличак (Индия) залегает 10 рабочих пластов. Три из них имеют мощность менее 4,5 м., а средний угол падения пластов составляет 10 градусов. Сложность разработки угленосной толщи связана с жесткими требованиями законодательных актов Индии по охране земной поверхности при ведении горных работ. Поэтому подземная разработка мощных угольных пластов ведется, как правило, с закладкой выработанного пространства.
На шахте Гопаличак применяется система разработки короткими столбами. Выемка угля на пластах мощностью более 3 - 4 м ведется в два слоя в восходящем порядке. После полной отработки нижнего слоя приступают к выемке угля в верхнем слое. Извлечение угля ведется буровзрывным способом. Ширина камер равна 4,2 м. Размеры целиков в плане -25,8x25,8 м. Погашение целиков ведется также буровзрывным способом и начинается с проведения выработки, которая делит целик на равные части. Затем производится закладка камер ниже целика по падению. Следующим этапом является выемка угля в пределах нижней части целика. Извлечение угля ведется заходками шириной 6,5 м с оставлением целиков шириной 1,5 м. После закладки отработанной части целика приступают к выемке угля в верхней части целика по восстанию. Применяемая система разработки отличается простотой. Вместе с тем она весьма трудоемка, потери угля превышают 30%. Производительность труда рабочих низка, себестоимость добычи 1 т угля превышает розничную цену.
С целью снижения потерь угля, повышения уровня механизации работ авторами анализируются два возможных варианта отработки пласта IX (ш = 6,5 м): камерно-столбовая система разработки и длинными очистными забоями.
Аналитические расчеты ширины камеры проводились для глубины разработки 150 м по методике Норвежского института геомеханики и составили 8 м. Минимально допустимая ширина междукамерного целика составила 12 м, что значительно превышает возможности короткозабойных комбайнов по обработке забоя с одной позиции.
С целью корректировки ширины целика с учетом подпора от закладочного массива были проведены лабораторные испытания образцов каменного угля. Размеры образцов принимались пропорциональными размерам междукамерных целиков. Образцы испытывались на сжатие без подпора и с подпором от закладочного материала. Было установлено, что целик шириной 8 м с подпором от закладочного материала обладает несущей способностью, превышающей уН, что говорит о работе целика и закладки как единой системы. При этом относительная деформация целика не превышает 10% для глубины разработки 150 м. Окончательно ширина целика принимается 10 м, причем в пределах 8 м уголь извлекается с оставлением ограждений толщиной 1 м с целью предотвращения прорыва закладочного материала из ранее отработанных камер в рабочее пространство.
Для ведения очистных работ принят комбайн фирмы Паурат с максимальной шириной рабочего органа 8 м. Комбайн оснащен оборудованием для возведения анкерной крепи.
Пронин В.И., Сингх А.К. Направления механизации
105
Скоростная проходка пластовых горных выработок прямоугольного сечения с анкерной крепью с помощью короткозабойных комбайнов широко применяется в условиях европейских шахт [1]. При этом увеличивается скорость проходки, повышается безопасность работ. Этому способствует оснащение комбайна встроенным комплексом для анкерного крепления (например, фирмы Джой), что позволяет осуществить наиболее раннюю установку высокопрочной анкерной крепи, в которой используется полимерный цементирующий состав
Короткозабойные комбайны находят широкое применение не только в США и Австралии, но и в других странах. Успешное использование в Великобритании подготовительных выработок прямоугольного сечения с анкерным креплением привело к вытеснению комбайнов избирательного действия комбайнами типа «Континьюс Майнер». В настоящее время комбайны такого типа оснащены системой вентиляции и пылеулавливания, имеют автоматически выдвигаемый ленточный конвейер. Полная продолжительность цикла в расчете на один метр подвигания забоя, включая установку анкеров, уже сейчас сократилась до 15 мин., а темпы подвигания забоя до 140 м в неделю являются вполне достижимыми.
При расчете параметров сдвижения земной поверхности в расчетных формулах учитывался отпор оставляемых в выработанном пространстве целиков угля.
Авторами анализировался также вариант отработки пласта IX длинными очистными забоями с применением механизированных комплексов. Эта технологическая схема предусматривает выемку угля в два слоя с закладкой выработанного пространства. При определении опережения между слоями исходили из достаточности уплотнения закладочного материала под действием веса опускающейся пачки угля верхнего слоя непосредственной и основной кровли. Такое опережение должно быть не менее 40 м.
Были определены также параметры сдвижения земной поверхности при отработке пласта IX в два слоя с гидравлической закладкой. Расчетная величина максимального оседания земной поверхности I] при отработке нижнего слоя составила 19 см, а верхнего - 26 см. [2]. При отработке верхнего слоя с отставанием во времени от нижнего слоя в 7 - 10 месяцев взаимное влияние на сдвижение земной поверхности составит 38 см. Горизонтальные деформации земной поверхности при отработке пласта IX сближенными слоями с закладкой составят: в полумульде по падению е1 = 2x10'3; в полумульде по восстанию е2 = 4x10'3 (рис.1), что незначительно превышает предельно допустимую величину, равную З,5х10'3.
Наклоны поверхности на соответствующих участках составят: ^ =Зх10"3; \2 = 8х10‘3, что превышает допустимую величину, равную 4х10'3. Максимальная кривизна составит К=0,28х10"3, что также незначительно превышает допустимую величину 0,25х10'3. Таким образом, более предпочтительно отрабатывать мощный пласт IX с интервалом во времени между слоями 7-10 месяцев. С увеличением глубины разработки возможен переход на управление кровлей в верхнем слое частичной закладкой или частичным обрушением.
Для сокращения расхода закладочного материала рассматривается способ управления кровлей плавным опусканием при тонкощелевой подрезке в верхнем слое [4] при условии залегания в кровле пластичных горных пород (аргиллиты, глинистые сланцы, известняки).
Природоохранный способ управления кровлей является не единственным условием снижения величин сдвижения земной поверхности. Правильно выбранное направление движения очистных забоев в выемочных столбах также влияет на параметры сдвижения земной поверхности [3]. Анализ формирования мульды сдвижения земной поверхности показали, что направление одновременного движения забоев от центра к границе панели (выемочного поля) как и от границы к центру, не изменяет характера сдвижения. Вместе с тем, движение очистных забоев в одном направлении меняет характер формирования области взаимного влияния. Расположение забоев одновременно отрабатываемых слоев пласта существенно сказывается на величинах горизонтальных деформаций и уклонов земной поверхности.
Анализ способов искусственного уплотнения закладочного материала (с помощью пневмобаллонов, взрывной способ и др.) трудны для реализации и не дают должного эффекта. С этой точки зрения правильный выбор технологической схемы выемки угля и пространственное расположение очистных забоев могут обеспечить существенное снижение вредного воздействия на земную поверхность горных работ.
Рис. 1. Горизонтальные деформации в полумульде по восстанию
Предварительный анализ способов управления кровлей позволяет определить те из них, которые можно отнести к числу природоохранных. Применение того или иного способа из числа рассмотренных зависит от конкретных горно-геологических условий и в первую очередь от глубины разработки и мощности пластов. Использование регулируемого плавного опускания кровли может привести к значительному сокращению расхода закладочного материала и сохранению природных объектов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лимит Д., Флук С., Олтауньян П. Применение комбайнов «Болтер Майнер» для подготовки участков с длинными очистными забоями. - Глюкауф, 2001. - №2(4). - С. 27-32.
2. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. СПб., ВНИМИ, 1998.
3. Reddish D.J, Yao X. L, .Dunham R.K. Risk assessment of surface structural damage due to mining subsidence - an integrated computer-based approach. Transaction of the Institution of Mining and Metallurgy. Mining Industry. Vol. 104, 1995.
4. Машковцев И.Л., Пронин В.И., Саумитра H. Деб. Нетрадиционный способ выемки пласта угля. Материалы международного симпозиума. Геотехнология: нетрадиционные способы освоения месторождений полезных ископаемых. М.: Изд-во РУДН, 2003.
UDC 622.831.33
THE WAYS OF COAL WINNING MECHANIZATION IN CASE OF GOPALICHAK COLLIERY (INDIA)
V. I. Pronin, A. K. Singh
Department of Mining Engineering Peoples’ Friendship University of Russia Mikluho-Maklaya str.,6, 117198, Moscow, Russia
The possible ways of coal winning mechanization in case of Gopalichak Colliery are scrutinized in the article. Two variants are proposed: continuous miners for board-and-pillar method and mechanized sets for long walls. Much attention is paid to surface objects protection in case of underground mining. The parameters of surface subsidence are calculated and their values are estimated.
