CC BY
48
УДК 622.33.013 А.А. Белодедов
ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОВЕДЕНИЯ ВЫРАБОТОК С РАЗГРУЗОЧНЫМИ ПОЛОСТЯМИ ПРИ УСТАНОВЛЕНИИ УСТОЙЧИВЫХ ПАРАМЕТРОВ УГОЛЬНЫХ ЦЕЛИКОВ
Установлены параметры целиков для технологии проведения выработок с разгрузочными полостями методом конечных элементов и произведено технико-эконо-мическое сравнение данной технологии в сравнении с традиционной.
Ключевые слова: горные работы, горные выработки с разгрузочными полостями, применение бурошнековой установки, эксплуатационные затраты.
Семинар № 16
ТЪ настоящее время при разработке
А# угольных месторождений особенно тонких и средней мощности пластов низка интенсивность подготовительно-нарезных работ, недостаточно используются производственные мощности шахт и обогатительных фабрик (вследствие проведенной "реструктуризации"), далеко не полностью используются балансовые запасы углей, потери в недрах достигают 20%, а зольность добываемого угля 30% и даже 40% и более. Вследствие этого имеет место перерасход капитальных средств, увеличение эксплуатационных затрат (на добычу, складирование и переработку породы) и загрязнение природной среды в районе шахты и обогатительной фабрики.
Повышение интенсивности горных работ и объемов добычи, качества добываемых углей в условиях создавшегося дефицита углей позволит увеличить производственные мощности перерабатывающих уголь предприятий, уменьшить на них капитальные и эксплуатационные затраты, улучшить экологическую ситуацию на шахтах, обогатительных фабриках и других перерабатывающих предприятиях. Практически без
увеличения эксплуатационных затрат можно снизить зольность добываемых углей, применив технологию добычи с оставлением породы в шахте, а также некоторые другие технологии (при увеличении эксплуатационных затрат). Только за счет оставления в шахте пород от проходки выработок, прихвата пород почвы и кровли, от вывалов и ремонтных работ можно снизить зольность добываемого угля на 10-15%. Технологические схемы с оставление породы в шахте позволяют повысить качество добываемого угля, уменьшить масштабы загрязнения окружающей среды продуктами горения терриконов, снизить площади, отчуждаемые под складирование твердых отходов.
Рассмотрим способ проведения горной выработки с разгрузочными полостями с оставлением породы в шахте [1]. Данная технологическая схема применима при разработке пологих и наклонно залегающих угольных пластов малой и средней мощности, ее сущность заключается в следующем. После проведение комплекса панельных или этажных выработок, подготовку выемочного поля осуществляют проходкой транспортного и вентиляционного штрека не-
большой протяженности, затем перпендикулярно которому с двух сторон проводят ниши, из которых бурят опережающие разгрузочные скважины, разделенные между собой угольными целиками, бурение скважин осуществляют при помощи бурошнековых машин. После чего в геомассиве, разгруженном от влияния горного давления с обеих сторон забоя выбуренными полостями производят дальнейшую углубку штрека, до конца разгрузочных скважин, породу от подрывки размещают в скважинах при помощи шнекового оборудования. После этого цикл операций повторяется.
Для данной технологической схемы необходимо установить параметры устойчивых целиков между штреком и первой полостью, а также между полостями выбуривания. Проведенный анализ различных методов моделирования показал, что для решения этой задачи наиболее целесообразно применение метода конечных элементов (МКЭ). Для целей моделирования применяли лицензированную программу Cosmosworks, позволяющую производить математическое моделирование напряженного породного массива методом МКЭ и создавать наглядную визуализацию результатов расчета.
При моделировании МКЭ использовались реальные горно-геологичес-кие и горнотехнические условия, наиболее характерные для фактических условий разработки антрацитового пласта к2, на который приходится более 50 % объема добычи на шахтах Российского Донбасса. Моделировалась подготовительная выработка, пройденная по пласту антрацита мощностью от 1,0 м до 2,0 м с подрывкой пород кровли и с углом падения 0°. Перпендикулярно подготовительной выработке была пройдена по пласту разрезная печь шириной 4,0 м, а по ее боку осуществлялось выбуривание по-
лостей диаметром соответственно равным мощности пласта. Длину выбуриваемых полостей приняли равной 15,5 м (0,5 м целик между полостью и следующей разрезной печью), а их количество от объема породы полученной от проведения штрека для полной закладки полостей. Принятая форма сечения выработки - прямоугольная с плоской кровлей. Ширина выработки в проходке 5,0 м, высота - 2,9 м. Литологический состав, мощность слоев и физикомеханические свойства моделируемой толщи пород приняты по результатам бурения скважин и определения физикомеханических свойств пород, характерных для пласта к2.
Для получения необходимых данных для анализа результатов произведено две серии расчетов. В первой серии расчетов оценивалась область допустимых значений параметров целика находящегося между бермой подготовительной выработки и первой выбуренной полостью, во второй серии целика между выбуренными полостями, при изменении следующих параметров: ширины исследуемого целика, глубины заложения пласта и мощности пласта. В каждой серии было осуществлено 120 вариантов расчета. В результате машинного расчета с использованием Cosmosworks получены устойчивые размеры целиков в зависимости от глубины разработки и мощности разрабатываемого пласта, представленные на рис. 1. В результате проведенных исследований мы установили оптимальные параметры технологической схемы проведения подготовительной выработки с разгрузочными полостями, заполненными пустой породы от проходки штрека.
К м
при мощности пласта = 1.00 м при мощности пласта = 1.25 м при мощности пласта = 1.50 м при мощности пласта = 1.75 м при мощности пласта = 2.00 м
И, м
Рис. 1. График определения устойчивой ширины целика в зависимости от глубины разработки и мощности пласта а) первого от штрека, б) между полостями выбуривания
Сравнительный анализ вариантов проведения подготовительных выработок с применением бурошнековой установки и традиционным способом
Существующая Технология с разгрузочны-
технология ми полостями
Доходы:
Реализация продукции
- тонн/мес 4185 1590+1199+2674=5463
- цена, руб/т 1391 3500
- руб/мес 5 821 335 19 120 500
Расходы:
Затраты на проведение штрека, руб/мес 5 809 991 5 809 991
Затраты на проведение разрезной печи и бурошнековую выемку и закладку, руб/мес - 2 824 847
Затраты на транспортировку горной массы, руб/мес 4185x12=50 220 5463x12=65 556
Итого Расходы: 5 860211 8 700 394
Прибыль (Убытки) -38 876 +10 420 106
Благодаря такому способу проведения горной выработки снижаются потери угля в целиках, уменьшается разубо-живания угля породой от проходки и ремонта штреков, ускоряется подготовка и отработка выемочного поля, при этом шахта получает дополнительную добычу, за счет выбуривания угля из скважин, а также обеспечивается безремонтное и повторное использование подготовительных выработок.
Произведем технико-экономичес-кое сравнение вариантов проведения подготовительных выработок с применением бурошнековой установки и традиционным способом для условий шахты «Шерловская-Наклонная» ОАО «Донской уголь», разрабатывающей пласт к2. Штрек проводим на глубине 400 м на всю длину выемочного поля. На каждые 20 м штрека проводим разрезную печь шириной 4 м на мощность пласта. Разрезная печь закреплена анкерной крепью (в ряду 3 анкера под металлический подхват, расстояние между анкерами 1 м, шаг установки анкеров 1 м). Сечение штрека в проходке принимаем 14,5 м2 (ширина 5,0 м, высота 2,9 м), форма выработки - прямоугольная. Полная (выемочная) мощность угольного пласта 200
1,25 м, удельный вес угля (антрацита) 1,7 т/м3, вмещающих пород 2,1 т/м3. Скорость проходки 150 м/мес. В результате моделирования для принятой глубины заложения выработки и мощности пласта, установлены устойчивые размеры целиков - между штреком и первой полостью 1 м, между полостями выбуривания 0,3 м. Основные экономические расчеты проведения выработок принятой (существующей) технологией проведения выработок и новой технологией с бурошнековой выемкой сведены в таблицу.
Технологическая схема проведения горной выработки с разгрузочными полостями позволит уменьшить потери угля в целиках и разубоживание угля породой от проходки и ремонта штреков, получить дополнительную добычу, за счет выбуривания угля из скважин, а также обеспечить безремонтное и повторное использование подготовительных выработок за счет чего шахта получит прибыль в размере 10,46 млн. руб/мес. На уровне обогатительной фабрики произойдет снижение затрат на транспортировку горной массы по объему от шахты, повышение выхода концентрата при обогащении и уменьшение выхода породы, что в свою очередь по-
зволит снизить затраты на отвалообра- уменьшить масштабы загрязнения ок-зование, снизить площади, отчуждаемые ружающей среды продуктами горения под складирование твердых отходов и терриконов.
--------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шестаков В.А., Белодедов А.А., Полухин В.А., Шмаленюк С.А.. Способ проведения горной выработки. Пат. 2338881 RU Е2^5/00, Е21С41/18. - 2005125481/03;- Заявл. 10.08.2005 г. Опубл. 20.11.2008 г. Бюл. №32. Ш
— Коротко об авторе -------------------------------------------
Белодедов А.А. - кандидат технических наук, доцент кафедры ПРМПИ ЮРГТУ (НПИ), ngty@novoch.ru
