CC BY
32
© В.А. Абрамов, В.В. Агафонов, 2012
УЛК 622.013
В.А. Абрамов, В.В. Агафонов
НЕОБХОДИМОСТЬ УЧЕТА ВСКРЫТИЯ «МИНИ-ШАХТЫ» В СИСТЕМЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СТРУКТУР «ШАХТА-ЛАВА» ПРИ ОПТИМИЗАЦИИ СХЕМ ВСКРЫТИЯ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ
Обоснована необходимость учета технологических структур шахта-лава, шахта-пласт при оптимизации схем вскрытия шахтных полей.
Ключевые слова: угольная шахта, вскрытие, шахта-лава, шахта-пласт, оптимизация, конкуренция, выемочное поле.
На современном этапе развития угледобывающих технологий и горнодобывающей техники в целях обеспечения должной конкурентоспособности угольных предприятий — шахт в целом в мировой практике, практически во всех угледобывающих странах принята концепция постепенного перехода к технологическим структурам «шахта-лава», «шахта-пласт».
В этом контексте наиболее последовательно продвигаются угольные индустрии Австралии, США, России, Китая и Великобритании. При этом за нижний уровень рентабельности принимается производительность этих структур не менее одного млн т в год из одного очистного забоя, а в строящихся, вводимых в эксплуатацию и реконструируемых предприятиях этот уровень должен достигать не менее 3 млн т в год.
Эти системы технологии формируются за счет подготовки и оснащения сверхмощным забойным оборудованием «супер-лав» с длиной очистного забоя не менее 300 м, с длиной выемочных панелей в с 2500—5000 м, при этом в ряде стран такие «суперлавы» в системе вышеобозначенных
технологических структур с производительностью в 5 млн т в год составляют прямую конкуренцию крупным угольным разрезам (США, Австралия), — при этом производительность труда горнорабочего приближается к цифре в 10—15 тыс. т угля в год.
В западноевропейских странах, ЮАР, Австралии и США технологические структуры «шахта-лава» получили название «Single Longwall in Mine» (единственный длинный очистной забой в шахте», в Китае — «Just Single Longwall in Mine» (только единственный длинный очистной забой в шахте), при этом подразумевается разработка только одиночного или одного угольного пласта в обособленных условиях выемочного поля, — при этом отдельно вводится понятие «выемочная панель», что ассоциируется с понятием «выемочный участок» и главный (головной) и вспомогательный (хвостовой) штреки, которые примыкают к лаве.
Для примера, по сравнению с традиционными технологическими структурами угледобычи, которые были распространены до начала 20 века, они характеризовались, в принципе, невысокой производи-
тельностью и продуктивностью (производственные мощности в диапазоне параметрического ряда 1—3 млн т в год считалось высокопродуктивными, хотя для ее обеспечения требовалось функционирование 3—8 выемочных и 5—10 подготовительных забоев). При этом общая протяженность технологической сети поддерживаемых горных выработок на шахте варьировалась от 20 до 250 км, а расход электроэнергии на водоотлив и вентиляцию достигал 50 %.
В принципиальном виде общая структура «мини-шахты» в системе технологических структур «шахта-лава» на базе одноштрековой подготовки бесцеликовой отработки выемочных полей выглядит следующим образом. Как правило, в качестве основополагающей, используются панельная схема подготовки с формированием двух выемочных полей, которые подготавливаются двуми основными и двумя вспомогательными уклонами (длина панели 3000—6000 м при длине лавы в 300 м).
Весьма показателен пример строительства шахт «Котинская» и «Соколовская» в пределах Соколовского месторождения Кузбасса, в котором реализованы все основные концепции технологических структур «шахта-лава», «шахта-пласт». Согласно раскройке Соколовского угольного месторождения на шахтные поля, в пределах месторождения планировалось построить 7 шахт.
К первоочередному строительству приняты 2 шахты — «Котинская» и № 7 «Соколовская». Характеристика шахтного поля и основные технические решения по строительству шахты «Котинская» приведены ниже.
Поле шахты «Котинская» расположено в центре южной части Соколовского месторождения в пределах се-
веро-восточного пологого крыла Соколовской синклинали. Угленосные отложения повсеместно перекрыты рыхлыми отложениями четвертичного возраста мощностью от 0 до 30 м.
Пласты угля имеют пологое моноклинальное залегание в западном направлении под углами от 3 до 15°. Угол падения пласта уменьшается с глубиной от 15—8° до гор. + 200 м, до 11—6° до гор. + 100 м, и до 9—3° до гор. + 0 м. Моноклинальное падение пластов угля осложнено пологой волнистостью, в связи с чем наблюдается изменение угла падения в 5—6° в пределах 100 метровой высоты этажа (по вертикали). В отложениях шахтного поля залегает пять пластов угля (53, 52, 51, 50, 49). Пласт 51 расщепляется на две пачки в крайне северной части шахтного поля. Общая мощность пластов изменяется от 0,2 до 5,53 м, кондиционная — от 1,0 до 5,53 м. Средние значения общей мощности изменяются от 1,29 до 4,94 м. Пласты угля выдержанные (пл. 52, 51 вп, 50), относительно выдержанные (пл. 49) и невыдержанные (пл. 53 и 51 нп). Строение пластов в основном сложное. Мощность прослоев породы (алевролит, аргиллит) — от 0,05 до 0,35 м. Непосредственная кровля и почва пластов представлена преимущественно алевролитами и переслаиванием алевролитов и песчаников.
Промышленные запасы угля по шахте составляют 115 млн т. Организационной основой шахты является максимальная концентрация производства с минимизацией и подчинением всех вспомогательных процессов процессу добычи.
Проектная мощность шахты определяется из условия работы одного очистного забоя и одного подготовительного забоя по углю. Нагрузка на очистной забой пронята до 10 000 т
в сутки при работе импортного механизированного комплекса фирмы «Хемшайдт». При принятом режиме работы шахты 300 дней в году проектная мощность шахты составит 3000 тыс. т угля в год. При применении отечественного оборудования и нагрузке на очистной забой — 5 000 т в сутки, производственная мощность шахты принята равной 1 500 тыс. т угля в год.
Отработка пластов шахтного поля предусматривается по системе «шахта-пласт». Одни и те же выработки выполняют функции вскрывающих и подготовительных выработок. Отработка шахтопластов предусматривается в нисходящем порядке с 52 до 49. Верхний малопроизводительный пласт 53 отрабатывается в последнюю очередь.
Транспорт угля от забоя до погрузки в железнодорожные вагоны предусмотрен ленточными конвейерами. От очистного забоя уголь скребковым перегружателем подается на ленточный конвейер, установленный на подэтажном штреке. С него уголь подается на аналогичные конвейеры, установленные на центральном наклонном конвейерном стволе, на конвейерном квершлаге и на главном наклонном конвейерном стволе. Люди, материалы, оборудование в шахту доставляются по главному наклонному путовому стволу и далее по путевому квершлагу, центральному наклонному путевому стволу и подэтажному штреку к очистному забою. Все вышеуказанные выработки оборудованы напочвенными дорогами.
Согласно данным геологоразведочных работ газоносность угольных пластов изменяется от 6—9 м3/т на гор. + 100 м до 14 м3/т на гор. ±0,0 м.
Способ проветривания шахты — нагнетательный, схема проветривания
— центральная. Схема проветривания очистного забоя возвратноточная (свежий воздух в очистной забой подается по конвейерному и путевому подэтажным штрекам, выдача исходящей по вентиляционному (путевому) и конвейерному штрекам на путевой наклонный ствол).
В связи с незначительным на верхних горизонтах содержание газа метана, при ведении очистных и подготовительных работ шахты, дегазация потребуется только при обработке нижнего выемочного столба шахтного поля. Эффективность дегазации составит 40 %. Дегазацию предусматривается производить с помощью передвижной дегазационной установки типа ПДУ-50.
Разработанный тип шахты принципиально отличается от ныне действующих в Кузбассе. Главным отличием является ориентирование на применение надежной высокопроизводительной техники очистных, подготовительных и транспортных работ в благоприятных горно-геологических условиях нового угленосного района. Основываясь на опыте зарубежных стран и характеристиках отечественных очистных комплексов последнего поколения, нагрузка на комплексно механизированный очистной забой возможна 5 000 т/сутки и более. Это позволяет обеспечить мощность шахты работой одного очистного забоя, что дает возможность всем вспомогательным службам шахты сосредоточиться на обслуживании одного, а не многих забоев и, тем самым, существенно повысить надежность работы и упростить систему управления шахтой.
Предложенная схема вскрытия и подготовки шахтного поля совмещает в себе оба элемента, являясь, по сути, подготовкой панели, а также позволит получить следующие преимущест-
ва по сравнению с рассмотренными вариантами и традиционными способами вскрытия и подготовки:
• минимальный объем горностроительных работ и соответственно инвестиций;
• возможность скорейшего ввода шахты в эксплуатацию (срок строительства 3—3,5 года) при условии достаточного финансирования;
• горные выработки, в основном, проходятся по углю с попутной реализацией угля в период строительства;
• пройденные по нижележащему пласту наклонные стволы для подачи в шахту свежего воздуха могут быть в последующем использованы для его отработки.
Транспорт угля принят конвейерный от единственного очистного забоя до технологического комплекса поверхности, что значительно повышает надежность работы конвейерной линии. Проветривание шахты предлагается по бремсберговой схеме, причем подача свежего воздуха в шахту и выдача исходящей струи производится по обособленным выработкам.
Проведение подэтажных штреков с уклоном в сторону фланговых стволов позволяет разделить направление транспорта угля и потока воды, что создает условия для более производительной и комфортной работы, как очистного забоя, так и конвейерного транспорта.
Предлагаемый тип шахты обеспечивает эффективную работу шахты с наилучшей чистой прибылью на 1 т добычи угля из всех рассматриваемых вариантов, поэтому он безусловно должен привлекаться в качестве альтернативного варианта при оптимизации схем вскрытия шахтных полей.
Опыт реализации данных технологических структур показывает их экономичность, эффективность и надежность, однако область их применения ограничивается месторождениями и шахтными полями со сравнительно благоприятными условиями залегания угольных пластов (угол падения до 18 градусов, пласт — средней мощности, невысокая газообильность и сравнительно выдержанная гипсометрия пласта).
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Абрамов В.А. — аспирант,
Агафонов В.В. — доктор технических наук, преподаватель, Московский государственный горный университет, ud@msmu.ru.
А
