CC BY
33
ПП
В.П. Тациенко
доктор техн. наук, директор Института промышленной и экологической безопасности (ИПЭБ) ФГБОУ ВО «Кузбасский государственный технический Университет имени Т.Ф. Горбачева»,КузГТУ
■ 1
А.А. Мешков
канд. техн. наук, первый зам.ген. директора - технический директор АО «СУЭК-Кузбасс»
С.И. Калинин
доктор техн. наук, руководитель научно-исследовательского и проектно-конструкторского предприятия "Угольные технологии Кузбасса"
Г.Н. Роут
канд. техн. наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геологии КузГТУ
УДК 550.837.31
НАУЧНОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ОЧИСТНЫХ ЗАБОЕВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ КАК ИНСТРУМЕНТ ПОВЫШЕНИЯ РЕНТАБЕЛЬНОСТИ ДОБЫЧИ УГЛЯ
В статье приведены методические подходы и результаты апробации научного сопровождения для разработки мероприятий по повышению нагрузок на высокопроизводительные очистные забои угольных шахт при соблюдении норм и правил промышленной безопасности.
Ключевые слова: ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЙ ОЧИСТНОЙ ЗАБОЙ, ПРОФИЛАКТИКА ЭНДОГЕННЫХПОЖАРОВ, ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ, ПЫЛЕВЗРЫВОЗАЩИТА
Процесс угледобычи является одним из наиболее сложных в разработке полезных ископаемых. В угледобывающей промышленности эффективность и безопасность труда напрямую зависят от геологических и горнотехнических условий разрабатываемых месторождений. Сегодня все больше возрастает роль механизации и автоматизации производственных процессов при добыче угля, что предъявляет повышенные требования к полноте и достоверности исходных материалов для разработки проектно - технической документации, обеспечивающей безопасную, высокоэффективную работу по добыче угля. В связи с этим опережающий прогноз горно-геологических и горнотехнических условий отработки угольных пластов в настоящее время приобретает особую актуальность.
Научные наблюдения за работой высокопроизводительных очистных забоев начаты одновременно с добычей передовыми бригадами одного миллиона тонн в год из комплексно-механизированного забоя. В тот период научные наблюдения проводились с целью создания нового горно-шахтного оборудования, обеспечивающего добычу угля в этих объемах. Интенсификация работ, наряду с отсутствием должного контроля по решению вопросов безопасного ведения работ привело к
ряду крупных аварий на шахтах, по результатам расследования которых разработаны мероприятия по предупреждению подобных катастроф для всех угольных шахт России. После аварии, произошедшей 19.03.2007г. на филиале «Шахта Ульяновская» ОАО «ОУК «Южкуз-бассуголь» было регламентировано «Установить порядок обязательного проведения геофизического обследования оконтуренных комплексно-механизированных забоев (лав) с целью выявления аномальных тектонических зон и других участков изменения геомеханических характеристик кровли» [1]. По результатам расследования аварии на ОАО «Рас-падская» ЗАО «Распадская угольная компания» 08.05.2010 г. было принято решение: «8.3.1. Отработку высокопроизводительных выемочных участков с нагрузкой на очистной забой 10 тысяч тонн в сутки и более, и скоростную проходку горных выработок с темпами 300 метров в месяц и более, вести с обязательным научным сопровождением института по безопасности работ в горной промышленности по вопросам; - вентиляции, дегазации, борьбы с пылью и пылевзрывозащиты, профилактики эндогенных пожаров и газодинамических явлений» [2].
Основанием для проведения настоящих работ являлось решение совместного технического совещания специалистов ОАО «СУЭК-Куз-
басс» и научных центров ФБГОУ КузГТУ, ОАО НИ ПКП «УТК», в составе КузГТУ, АО «НИИГД» и ООО «Вост ЭКО», по результатам которого научное сопровождение предложено провести в лаве 66-06 по пласту 66 шахты «Талдинская-Западная-1» шахтоуправления «Талдинское-За-падное» АО «СУЭК-Кузбасс».
Научное сопровождение проводилось в соответствии с методикой, разделы которой разрабатывались по направлениям, отраженным в мероприятиях по устранению причин аварии на ОАО «Распадская» ЗАО «Распадская угольная компания». Руководителем рабочей группы по разработке разделов проветривания и дегазации и сопровождению исследовательских работ был заведующий кафедрой аэрологии, охраны труда и природы КузГТУ, доктор техн. наук, проф. Шевченко Л.А., раздела по профилактике эндогенных пожаров и сопровождению исследовательских работ, проводимых АО «НИИГД», организовывал и контролировал доктор техн. наук, проф. кафедры аэрологии и охраны труда КузГТУ, Портола В.А. Работу группы специалистов ООО «ВостЭКО» по разработке раздела борьбы с пылью и пылевзрывозащиты и сопровождению исследовательских работ контролировал доктор техн. наук, проф. Трубицын А.А. Работу группы специалистов Научно - исследовательского и проектно-конструкторского предприятия «Угольные Технологии Кузбасса». , изучающих состояние газодинамических явлений и геофизических отклонений формировал руководитель НИИ ПКП «УТК», филиала КузГ-ТУ в г. Прокопьевске, доктор техн. наук, проф. Калинин С.И. Кроме того организованы исследования и оценка состояния еще двух направлений:
- проектной, экспертной и рабочей документации, позволяющей ведение горных работ по добыче угля, этим направлением занимались специалисты КузГТУ под руководством доктора техн. наук, проф. Ремезова А.В.;
- сбор, анализ и обобщение имеющейся первичной информации о надежности технических устройств и, далее, непосредственно инструментальное обследование и проведение испытаний технических устройств с заполнением рабочей карты. Проводилось КЦ НТО «Пром-безопасность», организация и контроль осуществлялась доктором техн. наук Лудзиш В.С.
Методика сопровождения одобрена и согласована с представителями технических служб АО «СУЭК-Кузбасс».
Изучение и анализ предоставленной на рассмотрение горнотехнической проектной до-
кументации на подготовку и отработку пласта 66 поля шахты «Талдинская -Западная-1» позволило сделать следующие выводы. Одним из главных документов является «Технический проект подготовки и отработки запасов пласта 66 АО «СУЭК - Кузбасс» шахта «Талдинская-Западная -1» (ООО «НПЦ ВостНИИ», Кемерово 2014). Проект выполнен с достаточной глубиной проработки всех вопросов, обозначенных техническим заданием. При разработке проектных решений использованы материалы заключений, выданные научными центрами, которые при проектировании обеспечили необходимую глубину проработки вопросов и качество проектных работ.
Целью исследовательских работ по факторам вентиляция и дегазация являлось определение возможности увеличения нагрузки на лаву 66-06 до 40 тыс. т./сут. (1200 тыс.т./мес.) и уточнение параметров вентиляции и дегазации. По результатам анализа проектной документации и инструментального измерения основных технологических параметров сделаны следующие выводы:
•шахта в целом, и все горные выработки обеспечены расчетным количеством воздуха в соответствии с требованиями резерва по объему;
•вентиляционная сеть соответствует критериям оценки по показателям качества шахтных вентиляционных систем;
•по математической модели проветривания и аэродинамической характеристике главных вентиляторов шахты определены возможности вентиляционной сети шахты по увеличению подачи воздуха;
•установлено, что шахта обладает технической возможностью для обеспечения подачи воздуха в соответствии с расчетами на перспективный период и добычу до 1,2 млн. т /мес. (возможность рассматривалась на основании математического моделирования вентиляционной сети шахты), при этом необходимо обеспечить следующие параметры в части проветривания и дегазации выемочного участка 66-06 пласта 66: для проветривания лавы 66-06 требуется 843 м3/ мин., при расходе воздуха для изолированного отвода метана 135 м3/мин;
•транспортирование метановоздушной смеси ^ вп. расч.=135 м3/мин) при разряжении в трубопроводе перед вакуум-насосной установкой 96,125 мм рт. ст. (что соответствует потерям депрессии 1281,56 даПа) может быть обеспеченно при использовании двух вакуум-насосов ВВН-150, работающих параллельно, каждый из
которых может обеспечить производительность 82,35 м3/мин., что соответствует проектным решениям и фактическому положению дегазации выработанного пространства лавы 66-06.
Анализ состояния борьбы с угольной пылью и принятых технических решений, оформленных в виде проектов или мероприятий по пылевзрывозащите, свидетельствует о необходимости постоянного мониторинга запыленности воздуха и интенсивности пылеотложений. Главным результатом проведенных работ по научному сопровождению высокопроизводительной лавы 66-06 в части борьбы с пылью и пылев-зрывозащиты является достижение с помощью компенсирующего комплекса противопылевых мероприятий при превышении прогнозной запыленности воздуха максимально допустимых значений при различных нагрузках на очистной забой соответствия требованиям нормативной документации. Постоянный мониторинг запыленности воздуха и состояния пылевзрывобезо-пасности горных выработок показал, что дополнительно предложенные на основе прогнозных расчетов меры, способы и средства борьбы с пылью и пылевзрывозащиты, а также изменение параметров пылеподавления позволяют обеспечивать соответствие минимальной запыленности рудничного воздуха в месте ведения горных работ технически достижимому уровню запыленности воздуха. При этом стала очевидной необходимость определения интенсивности пылеотложения программным комплексом системы АГК, в состав которого входят стационарные датчики контроля запыленности воздуха, обеспечивающие непрерывное автоматическое измерение концентрации пыли в рудничном воздухе в исходящей струе очистной выработки и местах погрузки и перегрузки угля. В этом случае периодичность выполнения мероприятий по предупреждению взрывов пылегазовоздуш-ных смесей будет определяться автоматически по сигналу тревоги об обнаруженных признаках пылевзрывоопасности, поступившему на пульт оператора АГК и горного диспетчера.
Для оценки вероятности эндогенной по-жароопасности, проведено исследование опасности самовозгорания угольной пыли. При этом установлено, что увеличение нагрузки на очистной забой неоднозначно повлияет на эндогенную пожароопасность отрабатываемой лавы 66-06. Так, увеличение скорости подвигания забоя приведет к сокращению времени нахождения теряемого в выработанном пространстве угля в атмосфере с концентрацией кислорода более 10%. Однако в случае увеличения по-
дачи воздуха и применении мер по дегазации выработанного пространства может возникнуть опасность повышения концентрации кислорода в атмосфере выработанного пространства. Выполнение определенных мероприятий позволит предотвратить возникновение очагов самовозгорания в скоплениях теряемого в выработанном пространстве угля.
Между тем увеличение темпов угледобычи может вызвать следующие негативные моменты:
1. Существенное увеличение объемов раздробленного угля может вызвать увеличение образования индикаторных пожарных газов (оксида углерода, водорода, радона) без повышения температуры угля. Данный факт может ошибочно трактоваться как признак самовозгорания угля, что может спровоцировать остановку очистных работ (вплоть до изоляции участка).
2. С повышением скорости подвигания очистного забоя следует ожидать увеличения образования угольной пыли и повышения ее концентрации в потоке воздуха, поступающем в выработанное пространство. Выносимая угольная пыль может образовывать в выработанном пространстве скопления угольной пыли в зонах, где происходит снижение скорости воздуха из-за расширения каналов, по которым фильтруется воздух. В местах скоплений угольной пыли может происходить интенсивное образование индикаторных пожарных газов (оксид углерода, водород, гомологи метана) за счет низкотемпературного окисления, что может вызывать периодическую остановку очистных работ. Угольная пыль также способна к самовозгоранию в более короткие сроки, чем скопления угля.
В этой связи, для предотвращения развития очагов самовозгорания в отложениях угольной пыли и предупреждения необоснованных остановок очистных работ при повышении концентрации индикаторных пожарных газов необходимо проведение следующих исследований:
1. определение влияние измельчения на химическую активность угля и на длительность инкубационного периода самовозгорания;
2. изучение закономерностей образования индикаторных пожарных газов при низкотемпературном окислении угля и угольной пыли, а также при их нагреве;
3. определение состава газов, образующихся при разрушении угля.
В процессе исследований по оценке состояния ведения работ по предотвращению газодинамических явлений и геофизических аномалий, выявлены отклонение параметров
1д)б, м
18 16 14 12
10 К 6 4 2 О
/
Ьо \ Ул) / /
\ • / •
> V л /
у У
*
VII, кИ'мли
У?
10 12 14 16
Ул, и/(уг
Ур-Г(Ул)
И/П1
1 2
V 11 1л
Рисунок 1 - Зависимость шагаобрушения Ул от скброитиобдвигрнияеабоя Яоб
И,мм
32
Рисунок 2 - Изменение скорости пригрузов ггрбгстоар крепи от реорости подвигуння лавы 66-06 (Vр- скорость пригрузов давления вгрдросойкаикрепи зацикл (кН/мин); Vл- скорость подвигания лавы, м/сут.).
28 24 20 16 12 8 4 О
Л=Г (Ул)
\'л, м/мии
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Рисунок 3 - Зависимость просадок гидростоек крепи от скорости подвигания лавы 66-06 (И- просадка гидррвгоек (яекции) крюрнза цикл,ям)
шага обрушения кровли пласта, и зависимость шагов обрушения кровли пласта 66 в лаве 6606 в зависимости от скорости подвигания лавы. Смещения кровли впереди лавы измерялись на штреках, где были заложены наблюдательные станции с глубинными реперами, оборудованными самописцами. В лаве были установлены самописцы, которые контролировали пригрузку горного давления на секции крепи.
Исследованиями установлено, что:
- при увеличении скорости подвигания лавы увеличивается шаг обрушения (рис. 1)
- при увеличении скорости подвигания
лавы возрастает интенсивность нагружения гидростоек крепи за выемочный цикл (рисунок 2);
- просадка секций крепи за цикл с увеличением скорости подвигания лавы уменьшается (рисунок 3);
- максимум опорного давления при увеличении скорости подвигания лавы перемещается ближе к кромке забоя, концентрация напряжений увеличивается (рис. 4).
28
■
V
Рисунок 4 - Результаты теоретических расчетов влияния скорости подвигания лавы 66-06 на параметры зоны опорного давления: 1- Изменение опорногодавления прискоростиподвиганиялавы 5 м/сги;Д- Изоенпненопорного давленияприсиорости подвясаниплавы 05 м/идт
Выводы
Зависимости, установленные в процессе проведаноых инолеиовадийв овнон вы емочном столбе не могут быть использованы для использования в раачвтях павнметяигДизопаснкеосе-
дения горных работ в последующих лавах, где планируется добыча в объемах выше 10 000т/ сутки, но их результаты крайне важны для понимания необходимости научного сопровождения по направлениям опробованнымвлаве66-06.
ДЫДЫИЫГЫАФИЧЕСИЫЫЖИСХИСОК
1.Об аварии в филиале «Шахта Юбилейная" ОАО «ОУК «Южкузбассуголь» [Электронный ресурс]: ДрвказРо ^технадзора от 05.07.2007 п 452 об аварии в филиале «Шахта Юбилейная" ОАО "ОУК «Южкузбассуголь". - Режим доступа: http://www.lawrussia.ru/texts/legal_216/doc216a152x887.htm.
2.Акт расследования аварии на ОАО «Распадская» ЗАО «Распадская угольная компания» 08.05.2010 г.
SCIENTIFIC SUPPORT OF HIGH PERFORMANCE COAL MINE'S PRODUCTION FACES AS A TOOL FOR IMPROVING OF COAL MININGPROFITABILITY
Tatsienko V.P., Meshkov A.A., Rout G.N., KalininS.I.
The article presents the methodological approaches and the results of testing of scientific support for the development of measures to improve the load on the high-performance clearing face coal mines at observance of norms and rules of industrial safety.
Key words: HIGH PERFORMANCE WORKING FACE, PREVENTION OF ENDOGENOUS FIRES, GAS-DYNAMIC EVENTS, DUST EXPLOSION PROTECTION
ТациенкоВикторПрокопьевич ipeb@mail.kuzstu.ru
МешковАнатолийАлексеевич suek_lnk@suek.ru
Калинин Степан Илларионович
Роут Гэннабий Николаевич hvi1949@mail.ru
29
