CC BY
28
© В.В. Мельник, НА. Ерополов, 2008
УДК 622.272
В.В. Мельник, П.А. Ерополов
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СКВАЖИННО-МЕХАНОГНДРАВЛИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНОЙ ДОБЫЧИ УГЛЯ
Представлено обоснование параметров скеажинно-механо-гидраелической технологии подземной угледобычи на базе надежных и производительных вариантов камерностолбовых систем разработки наклонных и крутых угольных пластов для повышения технологичности и полноты извлечения запасов угля.
Семинар № 13
сследованиям, направленным на повышение технологичности разработки наклонных и крутых угольных пластов, на современном этапе развития угледобычи, посвящены работы ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского, ИПКОН, ВНИМИ, ИГД СО РАН, ПНИ-УИ, ВНИИгидроугля, УкрНИИгидроуг-ля, ДонНИИ, ДонГТУ, МГГУ, ТулГУ, КузГТУ, СибГГМА и многих других организаций.
В исследованиях перечисленных организаций отмечается перспективность направления развития технологий разработки угольных пластов на основе применения высокопроизводительных длинных и коротких комплексномеханизированных лав, агрегатногидравлической технологии, камерных и камерно-столбовых технологий очистной выемки угля, однако специальных широкомасштабных исследований по синтезированию эффективных технологий разработки наклонных и крутых пластов до настоящего времени, к сожалению, не проводилось.
Из анализа современного состояния и приоритетных направлений развития подземной угледобычи на шахтах РФ, следует, что область применения сегодняшней подземной угледобычи - это
наиболее благоприятные природные и горнотехнические условия. При этом следует отметить, что объем промышленных запасов только в тонких пластах ОАО «ОУК Южкузбассуголь» составляет порядка 244 млн т, а в целиках различного назначения НПО УК «Прокопь-евскуголь» - 950 млн т, шахтах Ленинского и Беловского районов Кузбасса -по-рядка 360 млн т, для которых отсутствуют высокопроизводительная технология и техника.
На основании системного подхода к рассматриваемой задаче разработана концепция, рационального сочетания технологических процессов скважинной гидродобычи и механогидравлической выемки наклонных и крутых угольных пластов, заключающиеся в синтезировании надежных и производительных вариантов камерно-столбовых систем разработки наклонных и крутых пластов для повышения технологичности и полноты извлечения запасов угля.
Концепция рационального сочетания технологий разработки угольных пластов заключается в научно обоснованной пространственной и временной связи в развитии горных работ в забоях скважинной гидродобычи и механогидравлической выемки для повышения
технологичности отработки и полноты извлечения запасов шахтных полей.
В соответствии с предложенной концепцией, разработан вариант технологической схемы, на базе рационального сочетания технологических процессов скважинной и механогидравлической выемкой крутых и наклонных угольных пластов (рис. 1).
Авторами выполнены аналитические исследования структуры пооперационных затрат времени при гидравлической, механогидравлической и скважин-но-механогидравлической технологии отработки угольных пластов (рис. 2).
На основе выполненных исследований, возможно, констатировать следующее. Высоконапорная гидравлическая выемка угля при неоспоримых достоинствах обладает следующими недостатками:
- разрушение нависающего угольного массива в заходке носит неуправляемый характер вследствие самопроизвольного обрушения кусков, размеры которых лежат в диапазоне от сантиметров до метров;
- дробление негабаритных кусков высоконапорной гидромониторной струей малоэффективно вследствие их подвижности под воздействием струи;
- обнажение кровли и почвы в заходке сопряжено с возможностью их обрушения и перемещения в зону пульпо-приготовления, что создает препятствие для эффективного дробления негабаритов.
Механогидравлическая технология обеспечивает управление процессом дробления и пульпоприготовления, однако не имеет возможности дистанционного разрушения нависающего угольного массива в заходке более высоты подъема стрелы рабочего органа.
Скважинная гидравлическая технология реализует возможность минимизиро-
вать затраты времени на разрушение угольного массива при минимальных площадях обнажения кровли и почвы, однако этой технологии присущи следующие недостатки:
- в случае отработки заходок-камер в нисходящем направлени происходит за-бучивание скважин негабаритными кусками угля, поскольку разрушение и дробление негабаритов является неуправляемыми процессами;
- в случае отработка заходок-камер в нисходящем порядке возникает необходимость установки гидромонитора или механогидравлического комбайна на выходе из камеры для осуществления дробления негабаритов и пульпоформи-рования. Однако и в этом случае так же, как и при высоконапорной гидравлической выемке существует возможность обрушения пород и как следствие прекращение эффективной выемки.
На основании этого разработаны варианты рационального сочетания скважинной гидравлической и механогидравлической технологии, реа-лизующие преимущества и устраняющие недостатки каждого из способов в отдельности.
Наряду с исследованиями структур пооперационных затрат времени указанных технологий, выполнен анализ общепризнанных и нашедших промышленное применение схем вскрытия, подготовки и отработки пластов крутого падения гидравлическим способом. На базе результатов аналитических исследований разработаны варианты технологических схем скважинно-
механогидравлической техно-логии отработки крутых и наклонных угольных пластов.
Рис. 1. Технологическая схема скважинно-механогидравлической добычи угля: 1 - разрезная печь; 2 - аккумулирующий подэтажный штрек; 3 -выемочный подэтажный штрек; 3 - вентиляционный подэтажный штрек; 4 - сбойки; 5 - скважины; 6- механогидравлический комбайн; 7 - скважинный гидромониторный агрегат; 8 - конус выпуска горной массы из камеры; 9 - междукамерные целики; 10 - пространство камер, заполненное обрушенными породами; 11 - целик; 12 - высоконапорный став; 13 - устройство подачи гибкого или складывающегося высоконапорного ста-
ва 14 в скважину; 15 - устройство спуска и подъема агрегата в скважину; В - высота подэтажа, Ь - ширина подэтажа, Ь - ширина камеры, Ьц - ширина межкамерного целика
Рис. 2. Структура пооперационных затрат времени при сочетании скважинной и механо-гидравлической технологии: Тц - полное время, затрачиваемое на весь комплекс зобойных операций, Тп - время подачи воды в забой, Тпо - продолжительность всех перерывов в работе и отказов технологических звеньев, Тд - продолжительность операций по добыче угля, Тпн - время вынужденных перерывов в работе выемочного участка, То-время затрачиваемое на отбойку угля, Тпф - затраты времени на операции забойного пульпоформирования, Твсп - время затрачиваемое на вспомогательные операции, Тсб - продолжительность сбросов воды, Тсбн - продолжительность нетехнологических сбросов, Тсбт - продолжительность технологических сбросов, Тов, Туои, Тпнд - затраты времени в забое на перестановку оборудования, 1всп - затраты времени на вспомогательные операции, Тпп - продолжительность перерывов в работе и отказов технологических звеньев за пределами выемочного участка
Подготовку запасов угля предлагается производить аналогично схеме, представленной на рис. 3.
То есть используется система разработки длинными столбами по простиранию с подэтажной выемкой угля. Отличие состоит в том, что высота подэтажа увеличивается в 2-5 раз. Подэтажные штреки проводят спаренными забоями механогидравлическими комбайнами. Аккумулирующий подэтажный штрек после полной отработки подэтажа используется в качестве вентиляционного для нижележащего подэтажа. Выемочный подэтажный штрек погашается в процессе отработки.
Между выемочным и аккумулирующим подэтажными штреками в процессе проведения бурят вентиляционно-транспротные скважины, по которым пульпа из очистного забоя поступает в
гидротранспортную систему, размещенную в аккумулирующем штреке. Кроме того, между выемочным подэтажным штреком и аккумулирующим штреком верхнего подэтажа бурят скважины, которые обеспечивают возможность эффективного проветривания подготовительных и очистных забоев.
Скважинная гидравлическая технология реализуется в варианте восходящей отработки камер. Существенная особенность предлагаемого способа заключается в магазинировании отбитой горной масса в камере для предотвращения обрушения пород. Выпуск разрушенного угля из камеры, его дополнительное дробление и пульпоприго-товление предлагается производить ме-ханогидравлическим комбайном.
.їв
и
Рис. 3. Схема подготовки при скважинно-.мехоногидравлической добычи угля:
1 - разрезная печь; 2 - аккумулирующий подэтажный штрек; 3 - выемочный подэтажный штрек; 3 - вентиляционный подэтажный штрек; 4 - сбойки; 5 - скважины; б - механогидравлический комбайнов - высота подэтажа, Ь - ширина подэтажа, Ь - ширина камеры,
Для обеспечения подвижности разрушенного угля и пульпоприготовления вода подается в камеру из системы водоснабжения скважинных гидромониторных агрегатов.
Таким образом, реализация идеи сочетания скважинной гидравлической (СГ) и механогидравлической (МГ) технологий позволит сократить объем подготовительных выработок, обеспечить
управление процессами разрушения, дробления и пульпоформирования в очистном забое.
На следующем этапе осуществлено геомеханическое обоснование параметров разработанной технологической схемы скважинно-механогидрав-
лической технологии отработки крутых и наклонных угольных пластов (рис. 4).
Область исследования
Изолинии смещений пород кровли
по восстанию выемочного блока
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Рис. 4. Распределение нормальных напряжений в пласте при скважинно- механогидравлической отработки угольных пластов
Для геомеханического обоснования технологической схемы скважинно-механогидравлической технологии использовалось решение методом конечных разностей задачи механики горных пород, с использованием теории плит деформирующихся под воздействием горного давления.
В соответствии с поставленными задачами разработаны требования к параметрам синтезируемых технологий отработки угольных пластов скважинной гидравлической, скважинной механо-гидравлической, механогидравлической.
Основными параметрами технологической схемы скважинно-гидравлической технологии являются: длина
столба; высота подэтажа; ширина камеры, отрабатываемой скважинными гидромониторными агрегатами; ширина выемочных блоков в подэтаже; ширина барьерного межблокового целика.
1. Пучков Л.А., Михеев О.В., Козовой Г.И., Мельник В.В. Прогрессивные технологические решения скважинной гидравлической добычи угля. - М.: 2005. - 395 с.
2. Пучков Л.А., Михеев О.В., Атрушке-вич В.А., Атрушкевич О.А. Создание высокопроизводительных угледобывающих предприятий на основе механогидравлической технологии. - М.: Горная пром., 2000, №6. - С. 2-5.
3. Пучков Л.А., Михеев О.В., Атрушкевич В.А., Атрушкевич О.А. Интегрированные технологии добычи угля на основе гидромеханизации. - М.: МГТУ, 2000. - 296 с.
4. Атрушкевич В.А. Научные основы, конструирование и прогноз геомеханичес-
На основании выполненных исследований авторами скорректированы методики определения производительности агрегата скважинного гидравлического, агрегата скважинно-
механогидравлического комбайна, гидромониторного забоя и вариантов их рационального сочетания.
Выполнена оценка экономической эффективности разработанных технологических решений, которая составляет 10,5 млн р. в год.
Выводы
В статье представлено обоснование параметров скважинно-механо-
гидравлической технологии подземной угледобычи на базе надежных и производительных вариантов камерностолбовых систем разработки наклонных и крутых угольных пластов для повышения технологичности и полноты извлечения запасов угля.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ких параметров интенсивной технологии подземной гидромеханизированной разработки угольных пластов с открытых горных выработок. - М.: МГГУ, 1997. - 153 с.
5. Михеев О.В., Мельник В.В. Разработка комплексов скважинной гидравлической отработки угольных пластов. - М.: Уголь, 1999, №3.
- С. 54-56.
6. Мельник В.В. Современная концепция и модели повышения эффективности разрушения угольного массива струями при скважинной добыче. - М.: МГГУ, ГИАБ, 2001, №12. -С. 101-106.
7. Мельник В.В., Медведков В.И. Скважинная механогидравлическая отработка угольных пластов. - М.: МГГУ//ГИАБ, 2002, №4. -С. 170-172. ЕШ
— Коротко об авторах ------------------------------------------------
Мельник В.В. - доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой ПРПМ, Ерополов П.А. - аспирант,
Московский государственный горный университет.
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки:
Дата создания:
Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати:
При последней печати страниц: слов: знаков:
8_Мельник13
Е:\С диска по работе в универе\ГИАБ_2008\12\семинар-08 С:Ш5ег5\Таня\АррВа1а\Яоат1^\М1сго50Й\Шаблоны\]Чоппа1.с1о1т
Г итис Л.Х.
15 ЛО.2008 16:47:00 3
16 ЛО.2008 13:06:00 Г итис Л.Х.
1 мин.
25.11.2008 23:52:00
9
1 842 (прибл.)
10 502 (прибл.)
