CC BY
60
УДК 622.273.3 © А.В. Айкин, И.П. Трандин, А.С. Позолотин, М.В. Лысенко, Д.Ф. Заятдинов, 2019
Опыт повышения коэффициента извлечения запасов угля при камерно-столбовой
системе разработки
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-3-55-59
АЙКИН Андрей Владимирович
Начальник отдела научных работ и инноваций ООО НИЦ-ИПГП «РАНК», 630090, г. Новосибирск, Россия, e-mail: Alien-323@mail.ru
ТРАНДИН Игорь Петрович
Технический директор ООО «УК «Межегейуголь», 667000, г. Кызыл, Россия
также с необходимостью доработки ранее списанных запасов и небольших участков, оставленных по различным причинам, после отработки ДСО. В таких случаях возникает необходимость применения альтернативных технологий отработки запасов. Одной из таких технологий является камерно-столбовая система отработки (КСО). Считается что одним из основных недостатков данной технологии на сегодняшний день являются большие потери угля в целиках, и коэффициент извлечения при этом составляет менее 60% [3, 4].
ПОЗОЛОТИН Александр Сергеевич
Канд. техн. наук, директор ООО НИЦ - ИПГП «РАНК», 630090, г. Новосибирск, Россия, e-mail: pozalex@mail.ru
ЛЫСЕНКО Максим Владимирович
Заместитель директора по научной работе и инновациям ООО НИЦ-ИПГП «РАНК», 630090, г. Новосибирск, Россия, e-mail: limak2@yandex.ru
ЗАЯТДИНОВ Дамир Фанисович
Заместитель директора по инженерно-исследовательской работе ООО НИЦ-ИПГП «РАНК», 630090, г. Новосибирск, Россия, e-mail: damir.zayatdinov@yandex.ru
В статье рассмотрен опыт оптимизации параметров технологической схемы отработки запасов угля камерно-столбовой системой на пологих пластах и практически доказана возможность увеличения коэффициента извлечения запасов с применением самоходных секций механизированной крепи. Приведен пример внедрения новой технологической схемы в условиях ООО «УК «Межегейуголь». Ключевые слова: коэффициент извлечения, камерно-столбовая система отработки, целики, уголь, секции механизированной крепи, проходческий комбайн.
ВВЕДЕНИЕ
Большинство угледобыва ющих предприяти й ведут отработку запасов угля длинными столбами по простиранию (ДСО) [1, 2]. Однако не все запасы представляется возможным отработать лавами. Это связано в основном с наличием большого количества геологических нарушений, а
УВЕЛИЧЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ИЗВЛЕЧЕНИЯ
ЗАПАСОВ УГЛЯ С ВЫЕМОЧНОГО УЧАСТКА
В настоящее время угольная шахта ООО «УК «Межегейуголь» при участии специалистов ООО НИЦ-ИПГП «РАНК» достигла наиболее высоких показателей коэффициента извлечения запасов при отработке Межегейского месторождения камерно-столбовой системой.
Межегейское месторождение расположено в центральной части Республики Тыва, в 40 км к юго-западу от г. Кызыла. Общая площадь бассейна составляет порядка 2700 кв. км.
Отработка запасов угля ведется по пласту 2 «Улуг». Вынимаемая мощность пласта составляет от 1,8 до 3,9 м. В кровле по всей площади залегает мощный слой песчаников мощностью от 8 до 28 м. Предел прочности у песчаников изменяется от 45 до 200 МПа при среднем значении 102,5 МПа.
Вскрытие шахтного поля осуществляется тремя западными стволами (конвейерный, вентиляционный, транспортный), фланговым стволом, фланговым уклоном и главным вентиляционным штреком. Данные выработки служат для подачи свежей струи воздуха, транспортирования горной массы и оборудования, запасными выходами.
Подготовка северо-западной части пласта 2 «Улуг», принятой к отработке камерно-столбовой системой разработки, предусматривается односторонней панелью. Панель ограничена западными наклонными стволами и западным фланговым уклоном, проводимым вдоль северо-западной границы шахтного поля.
Подготовка выемочного участка ведется с оставлением барьерных целиков длиной 20 м по простиранию [5, 6, 7].
Проведение выработок при подготовке выемочного участка осуществляется проходческими комбайнами СМ-240, электрическим самоходным вагоном Shuttle Car, самоходным анкероустановщиком Fletcher и другим вспомогательным оборудованием.
Отработка выемочного блока начинается с проходки выемочных камер шириной 6 м и высотой не более вынима-
Рис. 1. Схема отработки выемочного участка с оставлением подзавальных целиков
Fig. 1. Scheme of mining site excavation, leaving the basement pillars
емой мощности пласта. Междукамерные целики в центре выемочного блока прорезаются междукамерной сбойкой. Таким образом, в границах выемочного блока образуются междукамерные целики размером 30 м по простиранию и 12 м по падению.
После подготовки выемочного участка приступают к погашению целиков-столбов. На рис. 1 представлена схема их отработки. Заходки проводятся шириной и длиной 6 м [8]. Такая длина принята по условиям вентиляции с целью исключения использования вентилятора местного проветривания. Между заходками оставляются подза-
вальные целики, которые служат для поддержания непосредственной кровли и для защиты заходок от обрушенных пород в отработанной заходке. Ширина подзаваль-ного целика составляет 2 м [9].
Данная технология позволяет извлечь не более 60% угля из целика. Для увеличения коэффициента извлечения был рассмотрен мировой опыт отработки запасов угля камерно-столбовой системой отработки. На примере опыта отработки системой КСО на угольных шахтах Соединенных Штатов Америки в схожих горно-геологических условиях было принято решение использовать вместо подза-
Техническая характеристика секции механизированной крепи
Показатели Значения
Длина секции, мм 5600
Ширина секции, мм 2300
Высота сложенной секции, мм 2300
Высота раздвинутой секции, мм 5000
Длина гусениц, мм 2600
Ширина гусениц, мм 406
Вес одной секции, т 28,6
Давление на почву, МПа (кг/см2) 0,134 (1,37)
Количество гидравлических стоек, шт. 4
Общее сопротивление гидравлических стоек, т (кН) 726 (7117)
Рис. 2. Секция механизированной крепи JOY JHF Drawing Fig. 2. JOY JHF Drawing mobile roof support
вальных целиков самоходные секции механизированной крепи [10, 11, 12]. Для этого были приобретены 4 секции самоходной крепи фирмы Joy (рис. 2) с несущей способностью более 7000 кН каждая.
Подготовка выемочного участка для данной схемы производится аналогично с предыдущей схемой отработки.
Отработка выемочного участка осуществляется в нисходящем порядке заходками двух соседних целиков-столбов косыми заходками под углом 60°. Механизированные крепи попарно располагаются на сопряжении рабочего штрека и ходка и на сопряжении с ранее отработанным рядом целиков (рис. 3). Отработка соседних целиков ведется в обратном порядке с последовательным передвижением пары № 2 самоходной механизированной крепи вслед за комбайном. Пара № 1 механизированных крепей остается неподвижной и принимает на себя возрастающую нагрузку от основной кровли.
К недостаткам применяемой технологической схемы относятся:
- сложность захода комбайна СМ-240 под углом 60° в связи с геометрическими размерами комбайна;
- коэффициент извлечения угля из выемочных целиков составляет 73%;
- зависание кровли, порядка 80 м, после оставления барьерных целиков, что может привести к негативным последствиям [13].
Проанализировав данную схему отработки, специалисты ООО НИЦ-ИПГП «РАНК» предложили инженерно-
Рис. 3. Схема отработки выемочного участка с использованием секций механизированной крепи
Fig. 3. Scheme of extraction at working area using mobile roof supports
технической службе оптимизировать технологическую схему под параметры применяемого оборудования и увеличить коэффициент извлечения запасов угля с выемочного участка.
В рамках научно-исследовательской работы были определены фактические горно-геологические условия (физико-механические свойства и структура пород кровли и угольного пласта), разработаны различные технологические схемы с подзавальными целиками различной фор-
Рис. 4. Схема отработки выемочного участка с использованием секций механизированной крепи с коэффициентом извлечения 85% Fig. 4. Scheme of extraction at working area using mobile roof supports with 85% recovery factor
*
в ъ
мы [9] и углами заходок комбайна. Наиболее оптимальным с точки зрения технологичности и безопасности оказался вариант, представленный на рис. 4.
В отличие от применявшейся схемы отработки угол заходки был изменен с 60° до 45°, также уменьшены размеры подзавальных целиков и количество циклов отработки с 14 до 12. В связи с тем, что барьерные целики при данной схеме отработки не выполняют своей основной функции, оставление их в границах выемочного участка нецелесообразно.
Отработка выемочных целиков осуществляется в восходящем порядке двух соседних целиков попарно заход-ками под углом 45°. Ширина заходки составляет 3,7 м. Механизированные крепи попарно располагаются на сопряжении рабочего штрека и ходка, а также на сопряжении с ранее отработанным рядом целиков. Отработка соседних целиков ведется в обратном порядке с последовательным передвижением пары № 2 самоходной механизированной крепи вслед за комбайном. При каждом цикле отработки комбайн берет заходку сначала в нетронутом верхнем целике, после этого дорабатывает нижний целик, данная схема отработки позволяет повысить устойчивость пород кровли на границе с выработанным пространством.
После разработки технологической схемы были проведены опытно-промышленные испытания (рис. 5) в условиях шахты ООО «УК «Межегейуголь», которые показали работоспособность данной технологии, а также ее эффективность и безопасность.
Для применения разработанной технологической схемы специалистами ООО НИЦ-ИПГП «РАНК» были выполнены Технический проект на отработку запасов с сопровождением и согласованием в ЦКР Роснедра и документация на техническое перевооружение в части изменения технологической схемы отработки [14]. В настоящее время разработанная схема успешно применяется в условиях ООО «УК «Межегейуголь».
ВЫВОДЫ:
1. Применение самоходных секций механизированной крепи позволило уменьшить количество и параметры под-завальных целиков.
2. Внедрение разработанной технологической схемы камерно-столбовой системы отработки запасов позволяет:
- увеличить коэффициент извлечения запасов угля до 87% за счет уменьшения подзавальных целиков и отсутствия необходимости в барьерных целиках;
- увеличить темпы отработки выемочного участка до 10% за счет оптимизации технологической схемы под оборудование шахты и уменьшения количества циклов;
- повысить уровень безопасности ведения горных работ за счет исключения зависания пород основной кровли.
Рис. 5. Опытно-промышленные испытания технологии отработки запасов КСО с использованием секций механизированной крепи в условиях ООО «УК «Межегейуголь»
Fig. 5. Pilot testing of room-and-pillar mining system technology using mobile roof supports in the "UK "Mezhegeyugol"LLC environment
В заключение необходимо отметить, что использование секций механизированной крепи при отработке запасов камерно-столбовой системой возможно не только в условиях ООО «УК «Межегейуголь», но и на других угледобывающих предприятиях. При этом коэффициент извлечения зависит от горно-геологических и горнотехнических условий отработки месторождения. В случае заинтересованности угольных шахт во внедрении системы КСО специалисты ООО НИЦ-ИПГП «РАНК» готовы рассмотреть возможность ее применения в конкретных горногеологических условиях.
Список литературы
1. Федеральный закон «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.1997 № 116-ФЗ.
2. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности в угольных шахтах». Серия 05. Выпуск 40. М.: ЗАО НТЦ ПБ, 2018. 198 с.
3. Методические рекомендации по выбору геомеханических параметров технологии разработки угольных пластов короткими забоями. Министерство энергетики РФ. СПб.: ВНИМИ, 2003.
4. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Инструкция по расчету и применению анкерной крепи на угольных шахтах». Серия 05. Вып. 42. М.: ЗАО НТЦ ПБ, 2015. 186 с.
5. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР. Л.: ВНИМИ, 1986. 222 с.
6. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. СПб., 1998. 291 с.
7. Инструкция по выбору способа и параметров разупрочнения кровли на выемочных участках, утвержденная Министерством угольной промышленности СССР. Л.: ВНИМИ, 1991 г.
8. William G. Pariseau. Design Analysis in Rock Mechanics. London: Taylor & Francis Group., 2017. 714 p.
9. John A. Hudson. Rock Engineering Risk. London: Taylor & Francis Group., 2015. 596 p.
10. Geomechanics of Mine Workings Support Systems / Volodymyr Bondarenko, Iryna Kovalevska, Hennadiy Symanovych, Mykhaylo Barabash, Oleksandr Vivcharenko. London: Taylor & Francis Group., 2018. 231 p.
11. Борщ-Компониец В.И. Практическая механика горных пород. М: Горная книга, 2013. 322 с.
12. Пучков Л.А., Жежелевский Ю.А. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых. Т. 1. М.: Горная книга, 2017. 562 с.
13. Дегтярёв Д.Н., Калинин С.И., Филимонов К.А. Технологические схемы отработки мощных пологих пластов камерно-столбовой системой на полную мощность. Область применения // Вестник КузГТУ. 2012. № 3. С. 68-73.
14. Определение рациональной ширины предохранительной пачки угля при отработке наклонных угольных пластов средней мощности с использованием камерно-столбовой системы / Фам Дик Тханг, Фан Туан Ань, Ле Ку-анг Фук, В.Г. Виткалов // Уголь. 2018. №. 9. С. 36-39. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/092018.pdf (дата обращения: 15.02.2019).
UNDERGROUND MINING
UDC 622.273.3 © A.V. Aikin, I.P. Trandin, A.S. Pozolotin, M.V. Lysenko, D.F. Zayatdinov, 2019
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2019, № 3, pp. 55-59
Title
EXPERIENCE OF IMPROVING COAL MINING RECOVERY FACTOR IN ROOM-AND-PILLAR MINING SYSTEM
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-3-55-59
Authors
Aikin A.V.1, Trandin I.P.2, Pozolotin A.S.', Lysenko M.V.', Zayatdinov D.F.'
1 NITS-IPGP "RANK" LLC [Scientific Research Center - Institute of Design of Mining Enterprises "Rank"], Novosibirsk, 630090, Russian Federation
2 "UK "Mezhegeyugol" LLC, Kyzyl, 667000, Russian Federation
Authors' Information
Aikin A.V., Head of Research and Innovations, e-mail: Alien-323@mail.ru Trandin I.P., Technical Director
Pozolotin A.S., PhD (Engineering), Director, e-mail: pozalex@mail.ru Lysenko M.V., Deputy Director for Research and Innovations, e-mail: limak2@yandex.ru
Zayatdinov D. F., Deputy Director for Engineering and Research, e-mail: damir.zayatdinov@yandex.ru
Abstract
The paper describes the experience of optimizing process flow parameters of room-and-pillar coal mining system on flat seams and practically proves the possibility to get higher coal mining recovery factor through the use of mobile roof supports. Example of a new process flow diagram implemented in the "UK "Mezhegeyugol" LLC environment is given. Figures:
Fig. 1. Scheme of mining site excavation, leaving the basement pillars Fig. 2. JOY JHF Drawing mobile roof support
Fig. 3. Scheme of extraction at working area using mobile roof supports Fig. 4. Scheme of extraction at working area using mobile roof supports with 85% recovery factor
Fig. 5. Pilot testing of room-and-pillar mining system technology using mobile roof supports in the "UK"Mezhegeyugol" LLC environment
Keywords
Recovery factor, Room-and-pillar mining system, Pillars, Coal, Mobile roof supports, Roadheader.
References
1. Federal Law "O promyshlennoy bezopasnosti opasnyh proizvodstvennyh obektov" [On Industrial Safety of Hazardous Production Facilities]. No. 116-FZ dated July 21, 1997.
2. Federalnye normy i pravila v oblasti promyshlennoy bezopasnosti "Pravila bezopasnosti v ugolnykh shakhtakh" [Federal rules and regulations in the field of industrial safety "Coal Mine Safety Regulations"]. Series 05. Issue 40. Moscow, NTTs PB JSC Publ., 2018, 198 p.
3. Metodicheskie rekomendatsii po vyboru geomekhanicheskikh parametrov tekhnologii razrabotki ugolnykh plastov korotkimi zaboyami [Guidelines on shortwall mining technique geomechanical parameters selection]. Ministry of Energy of the Russian Federation. St. Petersburg, VNIMI Publ., 2003.
4. Federalnye normy i pravila v oblasti promyshlennoy bezopasnosti"/nstrukt-
siya po raschetu i primeneniyu ankernoy krepi na ugolnykh shakhtakh" [Federal rules and regulations in the field of industrial safety "Instructions for the calculation and application of roof bolting in coal mines"]. Series 05. Issue 42. Moscow, NTTs PB JSC Publ., 2015, 186 p.
5. Ukazaniya po ratsionalnomu raspolozheniyu okhrane i podderzhaniyu gornykh vyrabotok na ugolnykh shakhtakh SSSR [Guidelines for the rational location, protection and maintenance of mine workings in the coal mines of the USSR]. Leningrad, VNIMI Publ., 1986, 222 p.
6. Pravila okhrany sooruzheniy i prirodnykh obektov ot vrednogo vliyaniya podzemnykh gornykh razrabotok na ugolnykh mestorozhdeniyakh [Rules for the protection of buildings and natural objects from the harmful effects of underground mining in coal deposits]. St. Petersburg, 1998, 291 p.
7. /nstruktsiya po vyboru sposoba iparametrovrazuprochneniya krovli na vyem-ochnykh uchastkakh, utverzhdennaya ministerstvom ugolnoy promyshlennosti SSSR [Instructions for choosing the method and parameters of roof softening at excavation sites, approved by the USSR Ministry of Coal Industry]. Leningrad, VNIMI Publ., 1991.
8. William G. Pariseau. Design Analysis in Rock Mechanics. London, Taylor & Francis Group., 2017, 714 p.
9. Hudson J.A. Rock Engineering Risk. London, Taylor & Francis Group., 2015, 596 p.
10. Bondarenko V., Kovalevska I., Symanovych H., Barabash M. & Vivcharenko O. Geomechanics of Mine Workings Support Systems. London, Taylor & Francis Group., 2018, 231 p.
11. Borshch-Komponiets V.I. Prakticheskaya mekhanika gornykh porod [Practical mechanics of rocks]. Moscow, Gornaya Kniga Publ., 2013, 322 p.
12. Puchkov L.A., Zhezhelevskiy Yu.A. Podzemnaya razrabotka mestorozhdeniy poleznykh iskopaemykh [Underground mining of mineral deposits]. Vol. 1. Moscow, Gornaya Kniga Publ., 2017, 562 p.
13. Degtyarev D.N., Kalinin S.I. & Filimonov K.A. Tekhnologicheskie skhemy otrabotki moshchnykh pologikh plastov kamerno-stolbovoy sistemoy na polnuyu moshchnost. Oblast primeneniya [Process flow diagrams of room-and-pillar mining of thick flat coal seams to the full thickness. Scope of application // Vestnik KuzGTU - Bulletin of the Kuzbass State Technical University, 2012, No. 3, pp. 68-73.
14. Pham Duc Thang, Phan Tuan Anh, Le Quang Phuc & Vitcalov V.G. Opre-delenie racional'noj shiriny predohranitel'noj pachki uglya pri otrabotke naklonnyh ugol'nyh plastov srednej moshchnosti s ispol'zovaniem kamer-no-stolbovoj sistemy [Determination of width of safety pillar for working of the medium thick inclined coal seams of using room and pillar system]. Ugol' - Russian Coal Journal, 2018, No. 9, pp. 36-39. Available at: http://www. ugolinfo.ru/Free/092018.pdf (accessed 15.02.2019).
