CC BY
50
© В.В. Мельник, П.А. Ерополов, 2009
УДК 622.272
В.В. Мельник, П.А. Ерополов
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СКВАЖИННО-МЕХАНОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНОЙ ДОБЫЧИ УГЛЯ
Представлено обоснование параметров скважинно-механогидравлической 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.
Ключевые слова: подземная угледобыча, концепция, скважинная гидродобыча, экономи-
ческая эффективность.
V. V. Melnik, P.A. Eropolov THE JUSTIFICATION OF THE PARA-METRES OF THE WELL MECHANICAL AND HYDRAULIC TECHNOLOGY OF THE UNDERGROUND COAL MINING
The parameter justification of the well mechanical and hydraulic technology of the underground coal mining on the base of the reliable and productive variants of the chamber-and-pillar systems of mining inclined and steep banks for increasing the produceability and completeness of the coal extraction.
Key words: underground coal extraction, conception, well hydraulic mining,, economical effectiveness.
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 раз-
Семинар № 16
работки 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 -порядка 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 механогид-равлической 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 заход-ке 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 минимизировать 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.
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; б- 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; 1З - 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 механогид-равлической 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
На основании этого разработаны варианты рационального сочетания скважинной гидравлической и механогид-равлической технологии, реализующие 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 технологии отработки крутых и наклонных угольных пластов. Подготовку запасов угля предлагается производить аналогично схеме, представленной на рис. 3.
То есть используется система разработки длинными столбами по простира-
нию 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.
Рис. 3. Схема подготовки при скважинно-мехоногидравлической добычи угля: і-разрезная печь; 2 - аккумулирующий подэтажный штрек; 3 - выемочный подэтажный штрек; 3 - вентиляционный подэтажный штрек; 4 - сбойки; 5 - скважины; 6 - механогидравлический комбайн, В - высота подэтажа, Ь - ширина подэтажа, Ь - ширина камеры
Кроме того, между выемочным подэ-тажным 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 пульпопри-готовление предлагается производить
механогидравлическим комбайном. 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.
У
+Х
по простиранию выемочного блока
по восстанию выемочного блока
Рис. 4. Распределение нормальных напряжений в пласте при скважинно-механогидравлической отработки угольных пластов
На следующем этапе осуществлено геомеханическое обоснование параметров разработанной технологической схемы скважинно-механогидрав-лической технологии отработки крутых и наклонных угольных пластов (рис. 4).
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 механогидрав-лической, механогидравлической. Основными па-раметрами технологической схемы скважинно-гидравлической технологии являются: длина столба; высота подэтажа; ширина камеры, отрабатываемой скважинными гидромониторными агрега-
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 ЛА, Михеев О.В., Атрушкевич 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.: МГГУ, 2000. - 296 с.
4. Атрушкевич В.А. Научные основы, конструирование и прогноз геомеханических параметров интенсивной технологии
тами; ширина выемочных блоков в подэтаже; ширина барьерного межблокового целика.
На основании выполненных исследований авторами скорректированы методики определения производительности агрегата скважинного гидравлического, агрегата скважинно-механо-гидравлического 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 камерно-
столбовых систем разработки наклонных и крутых угольных пластов для повышения технологичности и полноты извлечения запасов угля.
-------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
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. ГИАБ, 2002. №4 .- С. 170172. ЕШ
— Коротко об авторах ----------------------------------------------
Мельник В.В. - профессор, доктор технических наук, зав. кафедрой ПРПМ, Ерополов П.А. - аспирант кафедры ПРПМ,
Московский государственный горный университет, ud@msmu.ru
