Обоснование направлений комплексной механизации очистных работ на наклонных угольных пластах средней мощности в горно- геологических условиях на шахте "Куангхань" Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.272

Н.И. Абрамкин, Фам Дик Тханг

ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЙ КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ ОЧИСТНЫХ РАБОТ НА НАКЛОННЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТАХ СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ В ГОРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ НА ШАХТЕ «КУАНГХАНЬ»

В настоящее время Винакомин активно направляет членов группы ускорить механизацию угля в очистных забоях, особенно ускорение применения в механизации горных работ и технологические решения для добычи в сложных геологических условий. В соответствии с планом развития, подземная шахта «Куангхань» увеличивает добычу до 1,5 млн т с ежегодным средним увеличением 140-150 тыс. т. Для достижения этой цели, шахта «Куангхань» должна использовать угольный запас, существующий на тонких пластах и наклонных угольных пластов средней мощности. В этой статье авторы представляют результаты исследований по выбору технологической схемы для механизации и разработки наклонных угольных пластов средней мощности в горно-геологических условиях на шахте «Куангхань» в бассейне Куангнинь Вьетнама. Ключевые слова: шахта Куангхань, Ханойский институт Горной науки и Технологии, технологические схемы, механизированная крепь, комбайн, выемка.

В настоящее время компания «Винакомин» активно работает над ускорением механизации процессов добычи угля, особенно механизации горных работ и технологических решений для добычи угля в сложных геологических условиях. В соответствии с планом развития подземная шахта «Куангхань» должна увеличить добычу до 1,5 млн т с ежегодным средним увеличением на 140—150 тыс. т. Для достижения этой цели шахта «Куангхань» должна использовать запасы угля на тонких пластах и наклонных угольных пластах средней мощности. Авторы представляют результаты исследований по выбору технологической схемы для механизации и разработки наклонных

ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 1. С. 202-209. © 2017. Н.И. Абрамкин, Фам Дик Тханг.

Таблица 1

Суммарные запасы угля по мощности и падению пласта

Депозитные запасы (103 • т)

Угол падения, градус Мощность (m) Итого %

0,71-1,4 1,41-2,5 2,51-2,8 2,81-3,2 3,21-3,5

<20° 0,0 1327,8 (57,1%) 0,0 0,0 233,4 (10,0%) 1561,1 67,2

20,1-35° 0,0 351,1 (15,1%) 115,9 (5,0%) 123,9 (5,3%) 172,5 (7,4%) 763,5 32,8

Итого 0,0 1678,8 115,9 123,9 405,9 2324,6 100,0

% 0,0 72,2 5,0 5,3 17,5 100,0 -

угольных пластов средней мощности в горно-геологических условиях на шахте «Куангхань» в бассейне Куангнинь Вьетнама.

В настоящее время в управлении и эксплуатации угольной шахты «Куангхань» находится 35 угольных пластов, из которых 15 отработаны. Для добычи используют следующие пласты: 17; 16; 15; 14; 13; 12; 11; 7; 6; 6А; 5; 4; 4В и 3. В последние годы шахта «Куангхань» проводила выемку части угольных запасов с отметки -50 до поверхности, одновременно шла подготовка части запасов ниже отметки -50 и до отметки -400. Далее, по оценкам, определены запасы до отметки -175. Около 2,32 млн т запасов с возможностью применения механических способов добычи сосредоточены в угольных пластах 6; 7; 15 и пласте 16 [6].

На шахте «Куангхань» для разработки угольных наклонных пластов средней мощности применяются системы разработки длинными столбами по простиранию. Крепление лавы проводится с использованием индивидуальных гидравлических стоек. Средняя добыча достигает 60 000—80 000 т/год. Производитель-

Мощность угольных пластов, т пласта, градус

Рис. 1. Соотношение запасов по мощности и углу падения угольных пластов

Рис. 2. Технологическая схема на шахте «Куангхань» ность труда — 2,2—3,5 т/чел. Большинство операции проводится вручную, поэтому в лаве работает много горнорабочих. При достижении мощности пласта 1,4—1,5 м снижается качество угля.

По плану развития угольной компании «Винакомин» на шахте «Куангхань» добыча угля подземным способом будет увеличиваться с 1,2 млн т в 2015 г. до 1,7 млн т в 2017 г. Для достижения этих результатов по плану развития, кроме запасов угольных пластов мощностью более 3,5 м, шахта «Куангхань» будет разрабатывать пласты не только средней мощности 2,5 м, но и тонкие пласты мощностью 1,2 м [3].

Ханойский институт Горной науки и Технологии совместно с компанией «Винакамин» предложил технологические инновации для разработки наклонных угольных пластов средней мощности и тонких. Также были проведены комплексные оценки запасов исходя из горно-геологических условий и средств механизации по следующим факторам: размер по простиранию и падению пласта, угол падения, свойства полезного ископаемого и вмещающих пород, изменение мощности пласта.

На шахте Куангхань с применением модернизации средств механизации для отработки угольных наклонных пластов средней мощности применяются технологические схемы длинными столбами по простиранию (рис. 2) [8].

Опыт отработки угольных пластов в такихстранах, как Россия, Китай, Австралия, Франция, США, Чехия, Япония, Польша, Индия, Румыния при отработке наклонных угольных пластов средней мощности показывает [5], что технологии, созданные на основе систем разработки длинными столбами, в наиболь-

шей степени отвечают требованиям максимальной реализации возможностей современных высокопроизводительных механизированных комплексов. Это является основной причиной постоянного расширения зоны использования систем разработки длинными столбами. Поэтому на шахте «Куангхань» в зависимости от уровня технической оснащенности механизированная технология отработки часто распределяется следующим образом [2, 4, 7]. Первый вариант — очистной забой, в котором выемка угля производится комбайнами или стругами, крепление лавы гидравлическими стойками. Второй вариант - очистной забой, в котором выемка угля производится комбайнами или стругами, крепление лавы механизированными крепями. Третий вариант — очистной забой, в котором выемка угля производится комбайнами или стругами, крепление лавы механизированными крепями; причем операции процесса добычи, например, выемка угля, крепление, транспорт и др. — выполняются по компьютерным программам, созданным специально для контроля оборудования, находящегося в лаве.

Преимущества модели первого варианта: небольшие первоначальные инвестиции, скорейшее восстановление капитала. Недостатки этого варианта: операции перемещения и крепления крепи медленнее скорости комбайна, в связи с этим уменьшение производственной мощности шахты и производительности труда.

Преимущества модели второго варианта: позволяет полностью механизировать процессы выемки угля, крепления и управления горным давлением, транспортировки и перемещения скребкового конвейера, отсутствие ограничения по пространственной работе (особенно по высоте) при разработке наклонных угольных пластов средней мощности, в связи с чем возможно увеличение производственной мощности лавы и производительности труда. Недостаток этой модели в том, что необходимы большие первоначальные инвестиции (примерно в 2—3 раза при модели частичной механизированной лавы).

Преимущество модели третьего варианта: в лаве все операции выполняются машиной без вмешательства человека, в связи с этим возможна разработка очень большой производственной мощности лавы и достижение высокой производительности труда. Однако для этой модели, которая лишь пробно применяется в некоторых развивающихся странах, необходимы крупные первоначальные инвестиции, большие запасы и стабильные горно-геологические условия залежей.

Рис. 3. Оборудование для механизированной добычи: механизированная крепь ZY3000/12/26 (а), комбайн MG132/320-WD для выемки угля (б)

Исходя из приведенного выше анализа Ханойский институт Горной науки и Технологии совместно с компанией «Куангхань» выбрали второй вариант для разработки угольных наклонных пластов средней мощности в условиях месторождения «Куангхань»: систему разработки длинными столбами по простиранию.

Для соответствия выбранной механизированной модели и на основе расчетов экономической эффективности технологии шахта «Куангхань» выбрала конвейерное оборудование механизированной добычи, сделанное в Китае: комбайн MG132/320-WD, механизированные крепи 2У3600/12/26, скребковый конвейер SGZ630/132, транспортную машину SZZ730/75, конвейер DSJ80/40/2x40. Характеристики основных устройств в цепи показаны в табл. 2 [1].

По плану добычи с 2011 по 2015 г. на шахте «Куангхань» была выбрана для применения данной технологии лава КН-7-5а с отметки -40 до отметки +10 в пласте 7 Южной — Нга Хай. Мощ-

Таблица 2

Технологическая характеристика механизированной крепи ZУ3000/12/26

Техническая характеристика Количество

Форма крепи поддерживающе-оградительная

Высота крепи, мм 1200—2600а

Ширина секции, мм 1430-1600

Шаг движения, мм 600

Рабочее давление, кН 3000

Первоначальная сила сопротивления, кН 2616

Интенсивная крепость, МПа 0,56

Давление в гидросистеме, МПа 31,5

Масса крепи, т 11

Наклон соответствующей лавы, градус < 35

Таблица 3

Техническая характеристика очистного комбайна MG 132/320^

Техническая характеристика Количество

Вынимаемая мощность пласта, м 1,4-2,7

Номинальная ширина захвата, м 0,6

Максимальный угол падения пласта, градус 35

Тяговое усилие, кН 300

Максимальная рабочая скорость подачи, м/мин 0-5,5

Механизм подачи гидравлический

Номинальная мощность двигателя, кВт 375

Напряжение силового электрооборудования, В 660/1140

Диаметр шнека по резцам, м 1,4

Высота комбайна, мм 986

Длина поворотной рукояти, мм 1800

Расстояние между шнеками, мм 5700

Масса комбайна, т 21

ность пласта изменяется в пределах 1,4—2,5 м, степень вариации мощности пласта V = 33%; угол падения — 18—25°, средний угля падения — 20°, степень вариация угла падения пласта V < 10%, пласт имеет простое устройство без прослойки.

По расчетам, применение синхронной механизированной технологии дает весьма позитивные результаты. Некоторые технико-экономические показатели лавы приведены в табл. 4.

в-в

в

Т

с

т

о

о Г' —

о

о

о

о

о о в т

о

о

о

о

о

о 1

° !

° 1

О 1 о 1 с т

° !

о

Рис. 4. Технологическая схема разработки на шахте «Куангханъ»

Таблица 4

Технико-экономические показатели

Производственная мощность, т/год 200 000

Производительность труда, т/чел 15,6

Потери угля по технологии, % 18,8

Общий объем инвестиций, млрд VND 117,7

Чистый прибыль, млрд VND 59,9

Окупаемость, лет 5,7

Для достижения показателей, которые показаны в табл. 3, по сравнению с технологией, используемой в настоящее время в компании Винакомин, синхронная механизация позволяет увеличить выход в 2,0—2,5 раза, производительность труда в 3—5 раз. Применение механизированной технологии соответствует условиям угольных наклонных пластов средней мощности на шахте «Куангхань». Результаты исследований изложены для направления инвестиций и развития технологий в целях удовлетворения темпов роста добычи угля по годам.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Буй Дин Тхань, Чан Минь Тиен и др. Исследование технологии механизации и разработки в горно-геологических условиях на шахте Куангхань: Итоговое сообщение научно-исследовательской темы. -ХИГНИТ. Ханой, 2014.

2. Ву Динь Тен. Подземная технология разработки угля. Т. 1. — Ханой, 2002. - C. 149-162.

3. Перспективный план развития угольной промышленности Вьетнама в период 2010-2025 гг. — Ханой, 2010.

4. Пучков Л. А., Жежелевский Ю. А. Подземная разработка месторождений полезных ископаеммых. Т. 1. — М.: изд-во «Горная книга», 2009. - С. 546-560.

5. Ремезов А.В., Ануфриев А.В. Зарубежный опыт применения технологических схем отработки наклонных и крутонаклонных угольных пластов на шахтах [Электронный ресурс]. http://science.kuzstu.ru/wp-content/Events/Conference/Other/2015/gd/gd2015/pages/Articles/3/2.pdf

6. Pезультат работы на шахте Куангхань за 2010-2015 гг. - Куанг-нинь, 2015.

7. Чан Ван Хюнь. Подземная разработка угля. - Ханой, 2003. - 208 с.

8. Чыонг Дык Зы, Нгуен Ань Туан и др. Применение технологии механизации разработки пластов, имеющих угол падения до 35° и мощность до 2 м. - Ханой, 2014. птттт^

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Абрамкин Николай Иванович1 - доктор технических наук, профессор, e-mail: [email protected],

Фам Дик Тханг1 - аспирант, e-mail: [email protected], 1 МГИ НИТУ «МИСиС».

UDC 622.272

Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 1, pp. 202-209. N.I. Abramkin, Pham Duc Thang STUDY AREAS THE COMPREHENSIVE MECHANIZATION OF CLEANING WORKS ON COAL WINNING TECHNOLOGY IN MEDIUM-THICK INCLINED SEAMS FOR QUANG HANH MINE

Currently «Vinacomin» is actively directing the units in the group accelerate mechanization of coal winning in the face, in special find mining technology solutions for it in complex geological conditions. According to its development plan, the underground coal production of Quang Hanh Coal Company will increase to 1.5 million tons with the annual average increase of 140,000 - 150,000 tons. For meeting this goal, the Company has to exploit the coal reserve existing at the thin seams. In this paper, the authors represent the research results on the selection of the flowsheet for the mining mechanization of the medium-thick inclined to the geological conditions at coal mining «Quang Hanh».

Key words: mine «Quang Hanh», Institute of mining science and technology, technological schemes, mechanized timbering, combine, excavation.

AUTHORS

Abramkin N.I}, Doctor of Technical Sciences, Professor, e-mail: [email protected], Pham Duc Thang1, Graduate Student, e-mail: [email protected], 1 Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS», 119049, Moscow, Russia.

REFERENCES

1. Bui Dinh Thanh, Tran Minh Tien. Issledovanie tekhnologii mekhanizatsii i razrabotki vgorno-geologicheskikh usloviyakh na shakhte Kuangkhan'. Itogovoe soobshchenie nauchno-issledovatel'skoy temy (Investigation of mechanizing coal winning technology in medium-thick inclined seams for Quang Hanh mine. The resulting report of research topics of the Institute of mining science and technology), Ha Noi, 2014.

2. Vu Dinh Tien. Podzemnaya tekhnologiya razrabotki uglya, t. 1 (Underground coal mining technology, vol. 1), Ha Noi, 2002, pp. 149-162.

3. Perspektivnyy plan razvitiya ugol'noy promyshlennosti V'etnama v period 2010— 2025 gg. (The prospective plan of development of the coal industry of Vietnam in the period 2010-2025), Ha Noi, 2010.

4. Puchkov L. A., Zhezhelevski Yu. A. Podzemnaya razrabotka mestorozhdeniy poleznykh iskopaemmykh, t. 1 (Underground mining of mineral deposits, vol. 1), Moscow, Izd. MGGU- «Gornaya kniga», 2009, pp. 546-560.

5. Remezov A. V., Anufriev A. V. Zarubezhnyy opyt primeneniya tekhnologicheskikh skhem otrabotki naklonnykh i krutonaklonnykh ugol'nykh plastov na shakhtakh, available at http:// science.kuzstu.ru/wp-content/Events/Conference/0ther/2015/gd/gd2015/pages/Arti-cles/3/2.pdf

6. Pezul'tat raboty na shakhte Kuangkhan' z,a 2010—2015gg. (The result of the mine Quang Hanh for 2010-2015), Quang Ninh, 2015.

7. Tran Van Huynh. Podzemnaya razrabotka uglya (Underground coal mining), Ha Noi, 2003, 208 p.

8. Truong Duc Du, Nguyen Anh Tuan Primenenie tekhnologii mekhanizatsii razrabotki plastov, imeyushchikh ugol padeniya do 35° i moshchnost' do 2 m (Application of mechanizing coal and technology mining, with the angle of incidence up to 35 ° and the thick of up to 2 m), Ha Noi, 2014.