Научная статья на тему 'Опыт отработки крутых угольных пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения'

Опыт отработки крутых угольных пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения Текст научной статьи по специальности «Горное дело»

CC BY
130
11
Поделиться
Журнал
Уголь
Scopus
ВАК
GeoRef
CAS
Область наук
Ключевые слова
КРУТОНАКЛОННЫЕ ПЛАСТЫ / КРУТЫЕ ПЛАСТЫ / МОЩНЫЕ ПЛАСТЫ / СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ / ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ / ОЧИСТНЫЕ РАБОТЫ / HIGH-ANGLE FORMATIONS / STEEP ON THE DIP LAYERS / THICK LAYERS OF FAILOVER SYSTEMS / TECHNOLOGICAL SCHEMES / SEWAGE TREATMENT WORKS

Аннотация научной статьи по горному делу, автор научной работы — Ефимов Виктор Иванович, Корчагина Татьяна Викторовна, Попов Андрей Иванович, Музафаров Глеб Геннадьевич

В статье рассмотрены распространённые системы отработки, применяемые на крутонаклонных и крутых угольных пластах и в большинстве случаев используемые для добычи угля в Кузбассе. Накопление опыта разработки угольных пластов в разных условиях привело к совершенствованию системы их разработки. На пологих и наклонных пластах малой и средней мощности получили распространение столбовые системы разработки, которые позволили по сравнению с камерными значительно сократить потери угля. При разработке пологих и наклонных пластов использовались комбинированные камерно-столбовые системы. С развитием науки и техники, в XXI веке появились новые современные высокопроизводительные очистные механизированные комплексы для отработки пологих угольных пластов, что позволило осуществлять добычу угля без значительных потерь в недрах. Отработка крутонаклонных и крутых пластов подземным способом в современных условиях сопряжена с высокой трудозатратностью и низкой производительностью. Также отработка этих пластов обуславливается сложностью эксплуатации и необходимостью постоянного присутствия людей в забое для выполнения сложных технологических операций и управления горным давлением, что, безусловно, является травмоопасным и отрицательно сказывается на безопасности производства. В настоящее время постоянное совершенствование техники (прежде всего, в части безопасности и надежности) и технологии добычи угля необходимое условие успешного развития угольной отрасли. Реструктуризация угольной отрасли, несмотря на немалые издержки, привела, в целом, к положительному результату.

Похожие темы научных работ по горному делу , автор научной работы — Ефимов Виктор Иванович, Корчагина Татьяна Викторовна, Попов Андрей Иванович, Музафаров Глеб Геннадьевич,

Experience working off of steep coal seam Prokopevsko-Kiselevskiy deposit

This paper describes common failover system applied in steep-sloping and steep dip seam and in most cases used for coal mining in Kuzbass. The accumulation of experience in development of coal seams in different environments has resulted in the improvement of their development. On the flat and inclined seam of low and medium power gained distribution pole design system, which allowed compared with the Chamber to reduce significantly the loss of coal. When designing a flat and inclined strata used combined Chamber-pole system. With the development of science and technology in the 21st century there are new modern high-performance cleaning mechanized complexes for processing coal seams sloping abundance, allowing coal mining without significant losses in the bowels. Practicing formations and steep angle of incidence by underground way in modern conditions is fraught with high trudozatratnostju and low productivity. Also practicing formations and steep angle of incidence is due to the complexity of the operation and the need for a permanent presence of people in the mine to perform complex technological operations and the management of mining pressure which undoubtedly is a traumatic and negative impact on safety. Currently, the continuous improvement of techniques (primarily of the security and reliability) and the technology of coal production is a necessary condition for the successful development of the coal industry. Restructuring of the coal industry, despite the considerable costs in General, led to a positive result

Текст научной работы на тему «Опыт отработки крутых угольных пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения»

УДК 622.274(571.17) © В.И. Ефимов, Т.В. Корчагина, А.И. Попов, Г.Г. Музафаров, 2018

Опыт отработки

крутых угольных пластов

Прокопьевско-Киселевского месторождения

- DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2018-6-12-20 -

ЕФИМОВ Виктор Иванович

Доктор техн. наук, профессор НИТУ «МИСиС», заместитель директора по перспективному развитию филиала АО ХК «СДС-Уголь» в г. Москве,

119034, г. Москва, Россия, e-mail: v.efimov@sds.ru; v.efimov@msk.sds-ugol.ru

КОРЧАГИНА Татьяна Викторовна

Канд. техн. наук, директор ООО «Сибирский Институт Горного Дела» АО ХК «СДС-Уголь», 653000, г. Кемерово, Россия, e-mail: t.korchagina@sds-ugol.ru

ПОПОВ Андрей Иванович

Заместитель директора ООО «Сибирский Институт Горного Дела» АО ХК «СДС-Уголь», 653000, г. Кемерово, Россия, e-mail: office@sds-ugol.ru

МУЗАФАРОВ Глеб Геннадьевич

Главный инженер проекта ООО «Сибирский Институт Горного Дела» АО ХК «СДС-Уголь», 653000, г. Кемерово, Россия, e-mail: office@sds-ugol.ru

В статье рассмотрены распространенные до недавнего времени системы отработки, применяемые на крутонаклонных и крутых угольных пластах и в большинстве случаев используемые для подземной добычи угля в Прокопьевско-Киселевском районе Кузбасса. Накопление опыта разработки угольных пластов в разных условиях привело к совершенствованию системы их разработки. На пологих и наклонных пластах малой и средней мощности получили распространение столбовые системы разработки, которые позволили по сравнению с камерными значительно сократить потери угля. При разработке пологих и наклонных пластов использовались комбинированные камерно-столбовые системы. С развитием науки и техники в XXI веке появились новые современные высокопроизводительные очистные механизированные комплексы для отработки пологих угольных пластов, что позволило осуществлять добычу угля без значительных потерь в недрах. Отработка крутонаклонных и крутых пластов подземным способом в современных условиях сопряжена с высокой трудозатратностью и низкой производительностью. Также отработка этих пластов обуславливается сложностью эксплуатации и необходимостью постоянного присутствия людей в забое для выполнения сложных технологических операций и управления горным давлением, что, безусловно, является травмоопасным и отрицательно сказывается на безопасности производства.

В настоящее время постоянное совершенствование техники (прежде всего в части безопасности и надежности) и технологии добычи угля - необходимое условие успешного развития угольной отрасли.

Реструктуризация угольной отрасли, несмотря на немалые издержки, привела, в целом, к положительному результату. Ключевые слова: крутонаклонные пласты, крутые пласты, мощные пласты, системы разработки, технологические схемы, очистные работы.

ВВЕДЕНИЕ

В послевоенное время промышленность интенсивно восстанавливалась и развивалась, а стремление СССР набрать экономическое влияние и окрепнуть в короткие сроки порождало необходимость во всех видах ресурсов, в особенности энергетических. Стремительно начали осваиваться залежи угля как пологого, наклонного, крутонаклонного, так и крутого залегания пластов. Государственное финансирование позволяло вести добычу, несмотря на ликвидность энергетического сырья, так как амортизация осуществлялась за счет стоимости конечных продуктов металлургии, машиностроения и т.д.

Рис. 1. Фрагмент геологического разреза по I р.л. поля «Шахты им. Ворошилова» Прокопьевско-Киселевского месторождения

Сложные горно-геологические условия Прокопьевско-Киселевского района (рис. 1) и потребность в энергетическом ресурсе подтал ки вал и к развитию методов добычи угля, порождая многочисленные вариации решения задач.

Необходимость увеличения производственных мощностей осуществлялась за счет технической и инженерной рационализации, возникало и развивалось широкое разнообразие технологических схем добычи угля (рис. 2) [1, 2, 3].

СИСТЕМА РАЗРАБОТКИ

ДЛИННЫМИ СТОЛБАМИ

Система разработки длинными столбами (рис. 3) применяется при отработке пластов мощностью до 4,5 м. Длина лав устанавливается в зависимости от мощности пласта, крепости угля, устойчивости кровли и способа выемки, но не менее 30 м [4].

При отработке пластов угля, склонных к самовозгоранию, выемочные поля делятся на блоки длиной 150200 м с оставлением непрорезаемых целиков шириной 6-8 м. Отработка пластов производится с помощью выемочных полей длиной 400-600 м, как с помощью буровзрывных работ, так и с помощью механизированных комплексов КПК-1 и агрегатов АК-3. Буровзрывным способом производится разработка пластов с неустойчивой и труднообрушаемой кровлей. На пластах с труднообрушаемой кровлей в выработанном пространстве через 12-20 м оставляются ленточные целики по падению шириной 3 м («ножи»).

Системы отработки крутонаклонных и крутых по падению пластов

Подэтажная гидроотбойка (ПГО)

Щитовая система разработки (ЩО)

Система отработки длинными столбами по простиранию (ДСО) ^Система отработки узкими полосами по восстанию (УПВ) Блоковое обрушение из выемочных блоков (БОШ) СГ^ ^Блоковое обрушение угля из разрезных печей (БОП) СГ^ Камерно-столбовая система

^Комбинированные системы с гибким перекрытием (КГП) Нетиповые системы разработки (ПШО, КОС, ДШО)

Рис. 2. Разновидности технологических схем добычи угля

Схрма рагпйложршгя СёКЩЛй б ла&р

Рис. 3. Разработка пласта длинными столбами (ДСО)

ЩИТОВАЯ СИСТЕМА РАЗРАБОТКИ

Данная система разработки была предложена Н.А. Чи-накалом в конце 1930-х гг. и уже в начале 1940-х гг. получила широкое применение на шахтах Прокопьевско-Киселевского района Кузбасса, где с помощью данной системы добывалось около 50% всей угледобычи. Однако применение данной системы на пластах с неустойчивым углем и в зонах геологических нарушений резко снижает ее эффективность, а также приводит к высоким эксплуатационным потерям (до 40-45%) и частой аварийности очистных забоев и углеспускных печей. Сущность щитовой системы (рис. 4) заключается в том, что в забое на вентиляционном горизонте монтируют специальное крепление - щит, и в дальнейшем уголь вынимают все время под этим креплением, используя силу тяжести как для передвижения щита вслед за забоем, так и для доставки отбитого угля по специальным выработкам собственным весом на нижний транспортный штрек. Щитовая система разработки [5, 6] применяется для отработки пластов угля мощностью от 1,2 до 10 м, залегающих под углом 40-90° при углях устойчивых и средней устойчивости. В зависимости от конструкции перекрытия и угла залегания пластов применяют различные варианты щитов.

Cx£r*Q ftQCÜ0/ПОбкU U О/ПрО (¡QffiKij П/lii с/по ЩО при нОрмВ ДьиСй работе щита при скреперной востайке цгА*

fifMtTliSSCHI ШОННЫ!.' WfT>PP'

8-1?

Конвейерный Отката* tnuü штрек „

i - Sh

к (!,::

SJUiSIl Ппбзти&ный штеек

"" "цел ик

ЮО Г>0

300 800

Рис. 4. Разработка пласта щитовой системой (ЩО)

• Самопередвигающаяся щитовая крепь (КС)

Крепь оградительного типа (рис. 5) используется для отработки мощных угольных пластов наклонного залегания. Щитовая крепь состоит из отдельных секций, включающих плоское перекрытие, передние и задние лыжи, опорные стойки, соединяющие передние и задние лыжи. В поперечном сечении крепь представляет жесткий треугольник неизменной формы и сечения, который перемещается по падению пласта за счет давления обрушенных пород. Недостатком крепи является ограниченная область применения по углам залегания пластов, которые составляют 40-55°. При меньших углах залегания давления перепускающихся пород недостаточно для перемещения крепи, а при больших углах залегания крепь опрокидывается на забой под действием обрушенных и перепускающихся пород. В результате забой приходит в аварийное состояние и выходит из строя. Также к недостатку можно отнести необходимость проведения большого объема подготови-тел ьных вы работо к. С увеличением глубины горных ра бот происходит увеличение горного давления, и этот недостаток приобретает большую значимость, затрудняется бурение скважин, происходит разрушение угольного целика между печами, зажим бурового инструмента, увеличиваются затраты на поддержание и крепление углеспускных и ходовых печей. Результатом решения этой проблемы явилось создание технологии выемки угля с последующим скреперованием его до углеспускных печей.

В этом случае на щитовой столб проводятся только две печи: ходовая и углеспускная. Ходовая печь при отработке следующего щитового столба становится вентиляционной (часть угля в окрестностях этой печи взрывом выбрасывается в эту печь). Скреперная установка на специальной раме подвешивается под секцией, над углеспускной печью.

Применение технологии со скреперной доставкой угля обеспечивает:

- снижение трудоемкости подготовки щитового столба и расхода крепежных материалов;

4JJ.4 ЛЬ-Гг -тд

tItiticomaAiy-n ¡/чагтггп

kiH*n/U>JU. I«ЭЛ rfWiJfJIT W

/ jKa-s

üflTr

¿¡^¿¡Z^*?™, L'| ■vnrjiy

У,

^«тт.П

oöflB jriu« ЗйИлг-

Рис. 5. Схема отработки пластов с применением щитов крепей КС

- более благоприятные условия работы щитового перекрытия, так как опорные целики имеют более «правильную» форму, работа скреперной установки становится невозможной - улучшается безопасность работ под щитом, так как число печей (воронок в устьях печей) уменьшается вдвое, меняется форма щитового пространства.

Посадка щита сводится к взрыванию шпуров в один или в два приема в зависимости от мощности пласта. При большой мощности первоначально вынимается уголь в горизонтальном проходе, затем в опорном целике у висячего бока. В момент взрывания шпуров в опорном целике происходит перемещение (посадка) щита.

На шахте им. Ф.Э. Дзержинского успешно применялась щитовая система разработки столбами по падению с применением самопередвигающихся щитовых перекрытий. Себестоимость добычи 1 т угля щитовой системой с применением самопередвигающейся крепи (КС) по сравнению с себестоимостью добычи 1 т угля системой разработки длинными столбами по простиранию (ДСО) в 1,4 раза ниже, по данным шахты.

• Арочная щитовая крепь

Арочная щитовая крепь включает в себя металлические арки из спецпрофиля СВП-17, установленные на лыжи и распорные стойки, опирающиеся на целики угля на контакте с висячим и лежачим боками. Расстояние между арками - 0,6 м. На арочную крепь в два ряда укладывают металлическую сетку, над которой создают породную подушку. Контакты с вмещающими породами перекрывают фартуками. Применяют арочную щитовую крепь при мощности пласта 1,2-2,6 м и с углом залегания 40-60°.

• Щитовая крепь ЩРП

Перемещение перекрытия осуществляется только при помощи домкратов передвижки. В этом случае скорость перемещения перекрытия значительно меньше скорости свободного падения обрушенных пород. В этой связи при наличии в кровле слабых пород они обрушают-ся в призабойное пространство раньше, чем происходит передвижка перекрытия, из-за чего снижается эффективность использования крепи. Выполнение щитовой крепи в предлагаемом варианте, когда перекрытие свободно перемещается под действием обрушенных пород, исключает опрокидывание секций и предотвращает прорывы породы в призабойное пространство, благодаря чему существенно расширяется эксплуатационная возможность использования щитовой крепи по углам залегания пласта.

Крепь состоит из отдельных секций, включающих перекрытие, соединенное через опорные стойки с передней частью лыж и через домкраты передвижки с задней частью лыж, выполненных с объемной опорой. Козырек шарнирно закреплен на перекрытии, которое отличается тем, что с целью расширения эксплуатационных возможностей при различных углах залегания пласта за счет исключения опрокидывания секций перекрытие снабжено ползунами, выполнено с упорами и направляющими. В направляющих установлены ползуны, шарнирно соединенные через домкраты передвижки с объемной опорой, которая посредством траверс шарнирно соединена с козырьком, уложенным на задний конец перекрытия.

С целью расширения области применения щитовой выемки на пласты с углом залегания 30-55° и мощностью 3-6 м опробована щитовая крепь ЩРП с раздельной передвижкой перекрытия по лежачему и висячему бокам. На базе крепи ЩРП изготовлен механизированный комплекс ЩРПМ, оборудованный конвейеростругом агрегата 2АНЩ.

• Комбинированная система разработки с гибким перекрытием (КГП)

Данная система разработки также получила широкое распространение на шахтах Прокопьевско-Киселевского района Кузбасса и применялась на пластах с углом залегания от 35°. Средние показатели данной системы близки к показателям щитовой системы разработки. Однако для этой системы характерны высокий уровень эксплуатационных потерь угля и эндогенная пожароопас-ность [7, 8, 9].

Сущность данной системы заключается в том, что наклонный или крутой (35-65°) пласт мощностью более 5 м разделяется на два неравных наклонных слоя - верхний монтажный мощностью 1,5-1,8 м и нижний, включающий остальную толщу пласта. Монтажный слой отрабатывается с обрушением кровли длинными столбами по простиранию без оставления целиков угля в пределах выемочного поля. По мере выемки первого слоя на почве лавы настилается гибкое перекрытие. Отработка второго слоя ведется под защитой этого перекрытия при всех типах кровли, кроме труднообрушаемых. Допускается применение системы КГП при меньших углах залегания по специальным проектам.

НЕТИПОВЫЕ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ

(ПШО, КОС, ДШО)

Данные системы применяются на пластах, опасных по газу и пыли, в случаях, когда отработка пластов другими системами по техническим причинам и условиям безопасности невозможна.

• Система разработки подэтажными штреками (ПШО) может применяться на пластах мощностью 3,5-10 м с углом залегания 40-90° в сложных горно-геологических условиях:

- при доработке аварийных щитовых столбов;

- в зонах геологических нарушений с амплитудой смещения более 2-3 м, а также при диагональном размещении нарушений;

- в других случаях, когда отработка пластов типовыми системами по техническим причинам и условиям безопасности невозможна.

Запрещается применение системы ПШО в замках антиклинальных складок. Параметры системы ПШО (рис. 6) принимаются, исходя из конкретных горно-геологических условий, устойчивости угля и вмещающих пород: высота этажа должна быть не более 40 м; расстояние между подэтажными штреками должно быть равно 6-8 м, между промежуточным конвейерным и вышележащим подэтажными штреками - 4-5 м; шаг посадки кровли устанавливается опытным путем в зависимости от устойчивости угля и вмещающих пород и вынимаемой высоты подэтажа и принимается 8-12 м; ширина междукамерных целиков должна быть 2-3 м.

Технологическая ват ПЩО-1 Х-бОн

шввш

А-А

Чслобние обозначения: 1 - кйершлаг; 2 - скат фпангойый; 3 - цгпеспускнаи печь, А - Вентиляционный штрек; 5 - Оценочный штрек; 6 - ходойая печь; 7 -/пронежулючный штрек 8-0 промежуточной штрек; 9 - разрезная печь; Ю - межстопбобой целик; 11 - конвейерный штрек; 12 - откаточный штрек; 13 - бункеры; 14 - разрезные печи (скйажины); 75 - орт; 16 - компенсационная Выработка; 17 - сВайки; 18 - конЛейерный орт

Рис. 6. Подэтажная шпуровая отбойка (ПШО)

• Система разработки камерами со скрепировани-ем угля (КОС) может применяться на пластах мощностью 3,5-12 м с углом залегания до 40° при углях различной крепости, когда непосредственная и основная кровли представлены труднообрушаемыми песчаниками и алевролитами мощностью более 10 м в условиях, аналогичных ПШО. Данная система может применяться при отработке брахисинклинальных складок участков пластов с ограниченными запасами и переменными углами залегания. Параметры системы КОС выбираются с учетом конкретных горно-геологических условий: высота подэтажа - не более 40 м; расстояние между штреками в подэтаже должно быть 8 м; шаг посадки кровли устанавливается опытным путем, в зависимости от устойчивости угля и вмещающих пород принимается 10-15 м; ширина междукамерных целиков принимается 2-3 м.

• Система разработки с отбойкой угля длинными скважинами (ДШО) может применяться на пластах мощностью 2-6 м с углом залегания 40-90° при труднообру-шаемой кровле в условиях, указанных выше. В пределах вынимаемого подэтажа пласт должен быть выдержан по углу залегания. Данная система может применяться в тех случаях, когда применение щитовой системы или системы разработки длинными столбами по простиранию из-за наличия слабой пачки угля у почвы пласта или неустойчивой почвы, а также других горно-геологических факторов нецелесообразно или технически невозможно по услови-

ям безопасности. Параметры системы ДШО: высота подэтажа - 20-40 м; шаг посадки - 8-12 м; размер междукамерных целиков - 2-3 м.

БЛОКОВОЕ ОБРУШЕНИЕ УГЛЯ

ИЗ РАЗРЕЗНЫХ ПЕЧЕЙ (БОП)

Производится на пластах мощностью 1,8-5 м с углами залегания более 40°. При блоковом обрушении угля из разрезных печей (рис. 7) в зависимости от горногеологических условий выемочные блоки разделяются на подэтажи с наклонной высотой до 36 м и длиной по простиранию 30-60 м. После вскрытия пласта проводятся фланговый скат и углеспускная печь, откаточный и вентиляционные штреки до границы выемочного блока, где они соединяются вентиляционной разрезной печью. От ската проводятся промежуточные и конвейерный штреки, разделяющие выемочное поле на подэтажи. Разрезные печи в подэтаже проводятся последовательно через 8-11 м. Ширина камер по простиранию устанавливается опытным путем и составляет 6-9 м, ширина междукамерных целиков - 2 м. Разрушение угля производится с использованием буровзрывных работ БВР (ПЖВ-20) из разрезной печи одновременно на всю высоту камеры. Отбитый уголь выпускается по бункерам на конвейер.

• Блоковое обрушение из выемочных штреков (БОШ)

Область применения блокового обрушения из выемочных штреков (БОШ) распространяется на пласты или участ-

I -Ц^.4

ОТ

н

и

и

3

Верхний пвбя/пам

1К/Слицж

М'ти!

ю_

Я

Ця*

? - Л^Лил'ч*«) *

£ - ит&ьиеигч*!

7 - № ШШ 1МЛЯЯ1.

в - 620 (¡СО/ им,

9 рпдтслиялг'* ¿ятччЬте, К/ "Гхамеет

ГГ * ¿ЬМЫХИН (ЯЛСАМЯ ПНУ!,

- "Ал " шттк;

Рис. 7. Схема отработки пластов блоковым обрушением угля из разных печей (БОП)

ки платсов мощностью 2-8 м с углами залегания 40-90°, с кровлями не ниже средней категории устойчивости, включая пласты, где имеются горно-геологические нарушения, зоны ослабленных углей, участки с невыдержанной мощностью пластов. В зависимости от горно-геологических условий этаж разделяется на подэтажи высотой до 36 м и столбы длиной по простиранию 30-60 м. Ширина межстолбового целика по простиранию - 5 м. Выемочный столб включает полный комплекс необходимых выработок, обеспечивающих ведение очистных работ, их проветривание и транспортирование угля. Порядок отработки выемочного столба - последовательно подэтажами в нисходящем порядке. Порядок отработки подэтажей в пределах выемочного столба - от «завальной» части к спаренным печам (скату). Порядок отработки камер - последовательный, в пределах одного подэтажа. Выемка угля в камере производится взрывной отбойкой угля из одного выемочного штрека на всю ширину камеры по простиранию и на всю мощность пласта. Отбойка угля из выемочных штреков ведется в нисходящем порядке. Отбитый уголь выпускается по бункерам на конвейер.

СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ

С ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЗАКЛАДКОЙ

Система разработки наклонными слоями с гидрозакладкой и выемкой слоев полосами по простиранию и восстанию. Отличительная особенность данной системы - последовательная выемка слоев по принципу пласт - слой, т.е. в последующем слое очистная выемка начинается толь-

ко после полной отработки предыдущего слоя [10, 11]. Применяется для выемки пластов мощностью 4,5-16 м с углом залегания до 60-65°. Выемочное поле принимают длиной 200-300 м и разделяют на два или три блока длиной по 100-150 м. Мощность слоев принимается от 2,8 до 3,2-3,5 м. Очистная выемка в каждом слое производится полосами шириной 10 м.

• Система разработки

поперечно-наклонными слоями с гидрозакладкой

Применяется для выемки пластов мощностью 4-10 м с углом залегания от 50-55° до 70-75°. Боковые породы должны быть устойчивыми, а уголь крепким или средней крепости. Выемочное поле принимают длиной 200-300 м и по восстанию 100-120 м, т.е. на высоту этажа. Выемочное поле разделяют на два или три блока длиной по 100 м. Этаж на подэтажи не разделяют. В каждом блоке находятся два действующих забоя. Мощность слоя принимается 2,7-3 м. Слои располагают с наклоном от кровли пласта к почве под углом 25-35°. Допускается применение на мощном пласте различных систем разработки, при условии ведения их в различных слоях. В одном слое в пределах выемочного участка применение различных систем разработки, как правило, не допускается.

Особого внимания заслуживает система механизированных горизонтальных слоев с литой твердеющей закладкой (МГС ЛТЗ), которая испытывалась на шахте «Коксовая» в 1980-е гг. Выемка угля производилась горизонтальными

Технологически и схема ПГО-1

5-Б

по рас че/пу

Схема очистного забоя

Г-Г

Рис. 8. Подэтажная гидроотбойка (ПГО)

Услобние обозначения

1 - откаточный полеОой штрек;

2 - отка/почный кйершлаг;

3 - {таччун. * - гуДрг■жЬсрФ/юг,

5 - гризохоОобой скат,

6 - гщлъл$С*щаг>Юж пе ч,

7 - йЛмтмяж.^иаммаМ печь. 8- повжшашгат штреки; 9 - очистной

Ю - Вентилпцио/тый кборшла г, 11 - ОрнтилпционнмО полеОоО штрек, 1? — <чФжДЮн&ОыО целик.

13 - разрезная печь;

14 - запасный йыход, & - Орти;

» - профилактический челок

А-А

6,0-6.0

6.0-0,0

Условные обозначения

1- Откаточный кОершлаг

2 - Схат

3 - Ходойче печи

4 - Основной штрек

5 Конбейерный штрек

$ - Монтажные конеры (бункере) '/ - Вентиляционный кбершлщ 8- Сбойки

9 - Скйажины

Ю - Предохранительной полок 11 - Занагазиноробанная поноса 12- Тигобая лебёдка 13 - Отработанна* по/юса К - Отработанный Оценочный столб

15 - Вентиляционной и/трек

16 - Демонтажный штрек

исходящая струя сбехая струя

Рис. 9. Схема отработки пластов узкими полосами по восстанию (УПВ) с использованием подвесной

предохранительной крепи

полосами в нисходящем порядке в две заходки по мощности пласта проходческим комбайном ГПК-4. Транспортировка до углеспускного ската - самоходным вагоном ВС-5. Преи мущество данной системы в ее меха низации, безо пас-ности и практически полной выемке угля, что обеспечивает также и пожаробезопасность отработки мощных крутых пластов. Литая твердеющая закладка изготавливалась на комплексе КУЗ-120, производительностью 120 куб. м/ч из твердеющей смеси, которая самотеком по трубам подавалась до забоя. Исходным материалом для литой твердеющей закладки являлись отходы производства: граншла-ки Западно-металлургического комбината в г. Новокузнецке и золы уноса Красноярской ТЭЦ. Смесь, приготовленная на шаровой мельнице КУЗ-120, обеспечивала крепость закладочного массива, равную бетону марки М-20, что позво-

ляло добывать коксующиеся угли под Западно-Сибирской железнодорожной магистралью [12-13].

• Подэтажная гидроотбойка (ПГО)

Гидравлическая добыча угля - подземная разработка угольных месторождений, при которой процессы выемки, транспортирования и подъема угля на поверхность выполняются энергией водного потока. Источником воды чаще всего является приток подземных вод в шахту.

Первые опытные работы по гидродобыче проводились в 1935-1936 гг. В.С. Мучником в Кизеловском угольном бассейне, в 1938-1941 гг. была применена в Донбассе и Кузбассе. Промышленное внедрение гидродобычи на шахтах в СССР началось в 1953 г. пуском гидрошахты «Полысаевская-Северная» в Кузбассе.

На пластах крутого и наклонного (более 25°) залегания применяется подэтажная гидроотбойка (рис. 8), при которой часть шахтного поля делится печами на блоки длиной по простиранию 150-200 м и по падению 80-120 м. В блоке на расстоянии 6-12 м один от другого проводятся подэтаж-ные штреки. Образованные штреками целики угля разрушаются снизу вверх струей гидромонитора.

• Система отработки узкими полосами

по восстанию (УПВ)

Технология отработки узкими полосами по восстанию с использованием подвесной предохранительной крепи ППК-4 (рис. 9) предназначена для отработки крутых пластов. Мощность пластов - 2-8 м, угол залегания пласта - более 45° [14]. Система может применяться на нарушенных участках пластов с углями разной крепости и устойчивости при возможности выбуривания и сохранения скважин, а также на пластах, опасных по горным ударам, са-мовозгаранию угля, прорывам воды, глины и горельни-ка, по пыли и газу.

Наиболее рациональными являются длина выемочного поля (блока) 150 м и более, высота столба до 120 м, ширина 20-70 м, расстояние между сбойками 6-8 м, ширина целика между полосами 1-2 м, ширина полосы 5-8 м, диаметр скважи н 650-1000 мм, площадь сечения сбойки 1,5 кв. м. Схема очистки забоя - сводообразная с опережающей нишей для подвесной крепи. Отбойка угля в полосе производится буровзрывным способом по односторонней схеме в сторону завала или по двусторонней схеме при крепком угле. Между подвесной предохранительной крепью и отбитым углем (замагазинированным) должно быть свободное пространство от предохранительной крепи до нижележащей сбойки для обеспечения проветривания и запасного выхода. Отставание магазинирования - не далее нижней сбойки. Подвигание за цикл составляет 1-2 м. Нагрузка на забой - не менее 100 т/смену. Забоев в столбе допускается в количестве 1-2.

ВЫВОДЫ

Отработка крутонаклонных и крутых пластов подземным способом в современных условиях сопряжена с высокой трудозатратностью и низкой производительностью. Также отработка таких пластов обуславливается сложностью эксплуатации и необходимостью постоянного присутствия людей в забое для выполнения сложных технологических операций и управления горным давлением, что, безусловно, требует высокой квалификации персонала [15], качественного управления производством [16], является травмоопасным и отрицательно сказывается на безопасности производства.

В настоящее время постоянное совершенствование техники (прежде всего в части безопасности и надежности) и технологии добычи угля - необходимое условие успешного развития угольной отрасли, поэтому практически все шахты Прокопьевско-Киселевского месторождения законсервированы [17, 18].

Существует большое количество современных высокопроизводительных очистных механизированных комплексов для отработки угольных пластов пологого залегания, что позволяет вести добычу угля без значительных потерь в недрах, при этом присутствие людей в забое в зоне не-

посредственного дробления угля исключается, и повышает безопасность работ, уменьшает риск возникновения несчастных случаев.

Отработка пологих пластов подземным способом является наиболее безопасной, рациональной и экономически целесообразной по сравнению с отработкой пластов крутонаклонного и крутого залегания.

Список литературы:

1. Егошин В.В., Кухаренко Е.В. Системы разработки крутопадающих пластов Кузбасса. Кемерово: Кузбасский политехнический институт, 1991. 80 с.

2. Ефимов В.И., Сухарев Г.В. Анализ отработки мощных крутых угольных пластов в городе Прокопьевск // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2013. № 2. С. 57-77.

3. Ефимов В.И. Проблемы и пути их решения при отработке пластов крутых угольных шахт ООО «Объединение «Прокопьевскуголь» // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2013. № 2. С. 118-129.

4. Лукьянов П.Ф., Плесков П.М., Руднев Б.А. Технология разработки мощных крутых пластов. Кемерово: Кузбасский политехнический институт, 1975. 180 с.

5. Томашевский Л.П. Технология разработки мощных крутых нарушенных пластов Кузбасса и направления ее совершенствования: обзор. М.: ЦНИЭИуголь, 1978. 45 с.

6. Патент РФ № 2011836. Щит для разработки мощных пластов / Л.П. Томашевский, А.И. Петров, В.И. Ефимов, В.В. Штраух, Н.Н. Хахалин; опубл. 30.04.1994. 5 с.

7. Инструкция по безопасному применению комбинированной системы разработки с гибким перекрытием (КГП) Кемерово: ВостНИИ; КузНИУИ, 1992. 54 с.

8. Ефимов В.И., Вибе Ю.В. Опыт тушения и профилактики подземных пожаров при отработке мощных крутых угольных пластов // Безопасность труда в промышленности. 2014. № 8. С. 42-46.

9. Мельник В.В., Ефимов В.И. Безопасная подземная отработка сближенных мощных крутых угольных пластов // Безопасность труда в промышленности. 2014. № 12. С. 22-24.

10. Патент РФ № 2059818. Способ разработки мощных пластов слоями с закладкой / В.Г. Лукашов, Г.Е. Лукашев, С.Г. Скопин, В.В. Хан, Н.Л. Разумняк, В.И. Ефимов, В.А. Казаков; опубл. 10.05.1996. 7 с.

11. Патент РФ № 2059817. Способ разработки мощных крутых угольных пластов с закладкой выработанного пространства. / И.Ф. Жигулин, С.Н. Суховольский, С.В Ткач, В.И. Ефимов, Н.Н. Нефедов; опубл. 10.05.1996. 6 с.

12. Патент РФ № 1467184. С пособ выемки мощного крутого пласта с твердеющей закладкой / В.И. Ефимов, В.В. Рыжков, К.Ф. Федоров; опубл. 23.03.1989, Бюл. № 11 (71). 6 с.

13. Ефимов В.И. Разработка технологии эффективной отработки крутых пластов с литой закладкой: автореф. дис____канд. техн. наук / Ефимов В.И., МИСиС, М., 1991.

14. Инструкция по эксплуатации комплекса оборудования подвесной предохранительной крепи ППК-4 и технологии «Узкие полосы по восстанию (УПВ)» при отработке крутых пластов в поле ООО «Шахта «Киселевская» / НВФ ООО «Крутой пласт». Киселевск, 2008. 23 с.

15. Ефимов В.И., Рыбак Л.В. Управление персоналом: учебное пособие. М., 2009.

16. Ефимов В.И. Управление качеством: учебное пособие. М., 2014.

17. Ефимов В.И., Сидоров Р.В., Корчагина Т.В. Проблемы проектирования консервации (ликвидации) шахт Прокопьевско-Киселевского района Кемеровской области // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2016. № 4. С. 18-24.

18. Ефимов В.И., Сидоров Р.В., Корчагина Т.В. Актуальные вопросы проектирования консервации (ликвидации) неэффективных угледобывающих производств на примере шахт Прокопьевско-Киселевского района Кузбасса // Уголь. 2015. № 4. С. 72-75. URL: http://www.ugolinfo.ru/ Free/042015.pdf (дата обращения: 15.05.2018).

UNDERGROUND MINING

UDC 622.274(571.17) © V.I. Efimov, T.V. Korchagina, A.I. Popov, G.G. Muzafarov, 2018

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2018, № 7, pp. 12-20

Title

experience working off of steep coal seam prokopevsko-kiselevskiy deposit

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2018-6-12-20 Authors

Efimov V.I.1, 2, Korchagina T.V.3, Popov A.I.3, Muzafarov G.G.3

1 "SBU-Coal" Holding Company JSC, Moscow Branch, Moscow, 119034, Russian Federation

2 National University of Science and Technology "MISIS" (NUST "MISIS"), Moscow, 119049, Russian Federation

3 "Mining Engineering Institute of Siberia" LLC, Kemerovo, 653066, Russian Federation Authors' Information

Efimov V.I., Doctor of Engineering Sciences, Professor,

Deputy Director for Future Development, e-mail: v.efimov@sds-ugol.ru

Korchagina TV., PhD (Engineering), Director, e-mail: t.korchagina@sds-ugol.ru

Popov A.I., Deputy Director, e-mail: office@sds-ugol.ru

Muzafarov G.G., Chief Project Engineer

Abstract

This paper describes common failover system applied in steep-sloping and steep dip seam and in most cases used for coal mining in Kuzbass. The accumulation of experience in development of coal seams in different environments has resulted in the improvement of their development. On the flat and inclined seam of low and medium power gained distribution pole design system, which allowed compared with the Chamber to reduce significantly the loss of coal. When designing a flat and inclined strata used combined Chamber-pole system. With the development of science and technology in the 21st century there are new modern high-performance cleaning mechanized complexes for processing coal seams sloping abundance, allowing coal mining without significant losses in the bowels.

Practicing formations and steep angle of incidence by underground way in modern conditions is fraught with high trudozatratnostju and low productivity. Also practicing formations and steep angle of incidence is due to the complexity of the operation and the need for a permanent presence of people in the mine to perform complex technological operations and the management of mining pressure which undoubtedly is a traumatic and negative impact on safety. Currently, the continuous improvement of techniques (primarily of the security and reliability) and the technology of coal production is a necessary condition for the successful development of the coal industry.

Restructuring of the coal industry, despite the considerable costs in General, led to a positive result

Keywords

High-angle formations, Steep on the dip layers, Thick layers of failover systems, Technological schemes, Sewage treatment works.

References

1. Egoshin V.V., Kukharenko E.V. Sistemy razrabotki krutopadayushchih plastov Kuzbassa [Kuzbass steep pitching coal working systems]. Kemerovo, KuzSTU Publ., 1991, 80 p.

2. Efimov V.I., Sukharev G.V. Analiz otrabotki moshchnyh krutyh ugolnyh plastov v gorode Prokopevsk [Analysis of steep pitching coal working in Prokopyevsk]. Izvestiya Tulskogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle - Tula State University Newsletter. Earth Science, 2013, No. 2, pp. 57-77.

3. Efimov V.I Problemy i puti ih resheniya pri otrabotke plastov krutyh ugolnyh shaht OOO"Obedinenie"Prokopevskugol" [Problems and solutions during steep coal mines working in "Prokopyevskugol" LLC]. Izvestiya Tulskogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle - Tula State University Newsletter. Earth Science, 2013, No. 2, pp. 118-129.

4. Lukyanov P.F., Pleskov P.M., Rudnev B.A. Tekhnologiya razrabotki moshchnyh krutyh plastov [Thick steep coal beds working technology]. Kemerovo, KuzSTU Publ., 1975, 180 p.05. Tomashevskiy L.P. Tekhnologiya razrabotki moshchnyh krutyh narushennyh plastov Kuzbassa i napravleniya ee sovershenstvovaniya obzor. [Kuzbass thick disturbed steep coal beds working technology and improvement trends: overview]. Moscow, TsNIEIugol Publ., 1978, 45 p.

6. Tomashevskiy L.P., Petrov A.I., Efimov V.I., Shraukh V.V. & Khakhalin N.N. SHCHit dlya razrabotki moshchnyh plastov [Shield for thick beds working]. RF patent No. 2011836, Date of publishing 30.04.1994, 5 p.

7. Instruktsiya po bezopasnomu primeneniyu kombinirovannoy sistemy razrabotki sgibkimperekrytiem (KGP) [Guidelines for safe application of combined working system using artificial roof]. Kemerovo, VostNII; KuzNIUI Publ., 1992, 54 p.

8. Efimov V.I., Vibe Yu.V. Opyt tusheniya i profilaktiki podzemnyh pozharov pri otrabotke moshchnyh krutyh ugolnyh plastov [Underground fire fighting practice and prevention during thick steep beds working]. Bezopasnost truda v pro-myshlennosti - Industrial Labor Safety, 2014, No. 8, pp. 42-46.

9. Melnik V.V., Efimov V.I. Bezopasnaya podzemnaya otrabotka sblizhennyh moshchnyh krutyh ugolnyh plastov [Safe underground working of superimposed thick steep coal beds]. Bezopasnost truda vpromyshlennosti - Industrial Labor Safety, 2014, No. 12, pp. 22-24.

10. Lukashov V.G., Lukashev G.E., Skopin S.G., Khan V.V., Razumnyak N.L., Efimov V.I., Kazakov V.A. Sposob razrabotki moshchnyh plastovsloyamis zakladkoy [Thick beds slicing and filling practice]. RF patent No. 2059818, Date of publishing 10.05.1996, 7 p.

11. Zhigulin I.F., Sukhovolskiy S.N., Tkach S.V., Efimov V.I., Nefedov N.N. Sposob razrabotki moshchnyh krutyh ugolnyh plastovs zakladkoy vyrabotannogo pros-transtva [Steep thick coal beds working practice with goaf packing]. RF patent No. 2059817, Date of publishing 10.05.1996, 6 p.

12. Efimov V.I., Ryzhkov V.V., Fedorov K.F. Sposob vyemki moshchnogo krutogo plasta s tverdeyushchey zakladkoy [Steep thick bed extraction with consolidating stowing]. RF patent No. 1467184, Date of publishing 23.03.1989, bulletin No. 11(71), 6 p.

13. Efimov V.I. Razrabotka tekhnologii ehffektivnoy otrabotki krutyh plastovs litoy zakladkoy. Avtoref diss. kand techn nauk [Development of effective practice for steep beds working with cast packing. Author's synopsis, PhD (Engineering) Diss.]. Moscow, MISiS Publ. 1991.

14. Instruktsiya po ehkspluatatsii kompleksa oborudovaniya podvesnoy predo-hranitelnoy krepi PPK-4 i tekhnologii Uzkie polosy po vosstaniyu UPV pri otrabotke krutyh plastov vpole OOO SHahta Kiselevskaya [Guidelines for suspended safety support PPK-4 equipment operation and "Narrow uprising strips" technology deployment during steep beds working in "Kiselevskaya" Mine" LLC mine-take]. Kiselevsk, NVF "Krutoy Plast" LLC, 2008, 23 p.

15. Efimov V.I. & Rybak L.V. Upravleniepersonalom: Uchebnoeposobie [Personnel management. Educational aid.]. Moscow, 2009.

16. Efimov V.I. Upravlenie kachestvom: Uchebnoe posobie [Quality management: Educational aid.]. Under editorship of Grave E.Yu. Moscow, 2014.

17. Efimov V.I., Sidorov R.V., Korchagina T.V. Problemy proektirovaniya konservatsii likvidatsii shaht Prokopevsko-Kiselevskogo rayona Kemerovskoy oblasti [Problems of mines suspension (abandonment) in Prokopyevsko-Kiselevsky area of Kemerovo region]. Izvestiya Tulskogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle - Tula State University Newsletter. Earth Science, 2016, No. 4, pp. 18-24.

18. Efimov V.I., Sidorov R.V. & Korchagina T.V. Aktual'nye voprosy proektirovaniya konservatsii (likvidatsii) neeffektivnykh ugledobyvayushchikh proizvodstv na primere shakht Prokop'evsko-Kiselevskogo rayona Kuzbassa [Topical issues of conservation designing (liquidation) of inefficient coal-mining industries based on the example of the mines of Prokopyevsko-Kiselevskiy region of Kuzbass]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2015, No. 4, pp. 72-75. Available at: http://www. ugolinfo.ru/Free/042015.pdf (accessed 15.05.2018).