CC BY
26
© В.М Станкус., Б.А. Анфёров, Л.В. Кузнецова, 2003
УЛК 622.272
В.М Станкус., Б.А. Анфёров, Л.В. Кузнецова
ПЕРСПЕКТИВЫ ПОЛЗЕМНОЙ ЛОБЫЧИ УГЛЯ ЛЕФИПИТНЫХ МАРОК ИЗ КРУТОНАКЛОННЫХ ПЛАСТОВ
Балансовые запасы углей Кузнецкого бассейна категорий А+В+С} на действующих предприятиях составляют 11,0 млрд т. Однако, из-за расхождений в определении значений кондиционных параметров угольных пластов предприятия оценивают «рыночные» запасы в размере 5 млрд т. Только эти запасы возможно эффективно разрабатывать существующими технологиями. К некондиционным запасам, с точки зрения предприятий, отнесены сегодня, в том числе, крутонаклонные и крутые угольные пласты. Но именно в таких сложных горногеологических условиях залегают особо ценные коксующиеся угли марок КЖ, К и КО. По оценкам специалистов, Кузбасс уже сегодня испытывает нехватку объемов добычи углей марок Ж, К и ОС, разведанных запасов марок Ж, ГЖ, К и ОС, промышленных запасов марок ГЖ, К и ОС.
Так как возможность их эффективной отработки существующими технологиями уже практически исчерпана, в ближайшие 10 лет угольная промышленность Кузбасса вынуждена будет вернуться к не «рыночным», по сегодняшним меркам, запасам угля, прежде всего, со-
средоточенным в крутонаклонных и крутых пластах. Например, количество балансовых запасов на действующих предприятиях в пластах с углами падения 36-55 (технологичных по мощности) составляет 2,2 млрд т [1].
В настоящее время техникоэкономические показатели добычи угля для таких горногеологических условий остаются значительно ниже, чем для пологих и наклонных пластов (рис. 1) [2]. В связи с этим, целесообразным является создание эффективных технологий добычи коксующихся углей из крутонаклонных и крутых пластов. В ИУУ СО РАН ведутся такие работы, которые позволят расширить сырьевую базу промышленности.
Успешное развитие средств
комплексной механизации для
разработки пологих угольных пластов по системе «Длинные столбы по простиранию» и
тигнутые при этом высокие изводственные результаты
звали желание использовать этот опыт при разработке крутых и крутонаклонных угольных
стов. Однако механический ренос средств комплексной механизации с пластов пологого
залегания на такие пласты оказался до настоящего времени несостоятельным. При прочих равных
виях при разработке крутых и крутонаклонных угольных пластов резко
сились
кость и энергоемкость очистной добычи, резко снизилась
грузка на очистной забой, а, следовательно, и эффективность разработки.
Причиной этого
является угол залегания пласта, при котором отрицательно зывается соотношение сил витации, нормального давления и трения. Проявлением этого соотношения является сползание используемого оборудования по линии падения пласта. Для жения влияния угла падения на работу оборудования разработано много различных средств компенсации сползания
дования или удержания его на месте. Низкая эффективность этих мероприятий доказана практикой работы шахт, разрабатывающих крутые и
клонные угольные пласты.
Идея технологии заключается в том, что отработка крутонаклонных и крутых пластов ведется системой «Длинные столбы по простиранию» механизированным комплексом, включающим выемочный комбайн и механизированную крепь. Очистной забой расположен под углом 75-80° к линии простирания пласта с наклоном в сторону отработки столба. В конвейерном штреке монтируют телескопический ленточный конвейер, а на сопряжении конвейерного штрека с очистным забоем - приемное устройство [3]. Для удержания крепи от сползания по падению пласта предлагается использовать угольный массив путем пробури-вания в нем скважины, в которую затем вводят опорную балку, являющуюся составной частью секции крепи (рис. 2). При снятии распора с секции крепи и при ее передвижке сползание крепи по падению пласта будет ограничено упругими деформациями опорной балки, а направление движения - траекторией скважины.
Перекрытие 2 жестко связано с опорной балкой 1 асимметрично, то есть ось перекрытия смещена относительно оси опорной балки, образуя нависающую консоль. Для обеспечения необходимой жесткости консоль нависающего перекрытия укосиной связана с гидравлической стойкой.
Выемка угля осуществляется по двусторонней (челноковой) схеме, которую начинают при движении комбайна снизу вверх.
0 2 4 6 8 гп,м
Рис.1. Нагрузка на среднедействующий очистной забой (т/сут.) в зависимости от мощности пласта (гп) и угла залегания: 1-10° 2-25° 3-60°
Рис. 2. Схема установки крепи в забое крутонаклонного пласта ' 1-опорная балка; 2-перекрытие; 3- гидравлический домкрат; 4-гидравлическая стойка; 5-телескопическое верхнее ограждение; 6-электроразъем; 7-нижнее ограждение; 8-основание; 9-буоовой инструмент
Комбайн скользит по почве пласта, разрушает часть толщи пласта, расположенную ниже опорных балок. Отбитый уголь самотеком поступает в нижнюю часть лавы и посредством приемного устройства попадает на ленточный конвейер. Очистной комбайн используют в качестве источника энергии для бурения скважин. Передвижка секций крепи осуществляется путем задвигания опорной балки в пробуренную скважину.
После выхода комбайна на вентиляционный штрек и передвижки секций крепи осуществляют зарубку комбайна в угольный массив и выемку следующей полосы при движении комбайна сверху вниз. После выхода комбайна на конвейерный штрек осуществляют передвижку приемного устройства, блоков и комбайна для выемки следующей полосы угля снизу вверх.
Проветривание очистного забоя организовано по возвратноточной схеме, которая предусматривает подачу струи свежего воздуха в очистной забой по транспортному штреку и выдачу отработанного воздуха в обратном направлении по вентиляционному штреку.
Крепи устанавливают по всей длине очистного забоя ограждениями вплотную друг к другу, перекрывая тем самым рабочее пространство и защищая его от прорыва пород, расположенных за крепью.
Отличительной особенностью механизированной крепи является опорная балка с буровым инструментом (рис. 3). Буровой инструмент содержит: 1 - кронштейн, 2 - трубу, 3 - исполнительный орган, 4 - планетарный редуктор, 5 - шнек, 6 - подшипниковую опору шнека, 7 - подшипниковую опору трубы, 8 -ось, 9 - накладку, 10 - сквозные загрузочные отверстия, 11 - загрузочный лемех, 12 - зубчатое колесо наружного зацепления, 13 - защитный кожух, выполненный в виде конфузора, 14 - толкатель, 15 - гидродомкрат, 16 -вращатель.
Важной особенностью бурения скважины является осуществление транспорта буровой ме-
лочи не по стенкам скважины, а по стенкам трубы, расположенной во внутреннем пространстве опорной балки и передающей вращение от вращателя буровому инструменту. За счет использования планетарного редуктора скорость вращения шнека в три раза выше скорости вращения трубы и направлена в обратную сторону.
Труба снабжена двумя диаметрально противоположными загрузочными отверстиями, ориентированными по диагонали относительно оси трубы. Для увеличения эффективности загрузки штыба в трубу все отверстия снабжены загрузочным лемехом, приваренным под углом естественного откоса буровой мелочи к трубе вдоль заднего контура отверстия по ходу вращения трубы. Расчетная схема показана на рис. 4, где с - ширина отверстия, 1 -расстояние между центрами отверстий, ограничивающих его длину, измеренное вдоль оси трубы, угол между отверстиями в любом сечении трубы в зоне погрузки составляет п/2 рад.
Расчеты показали, что скорость образования штыба в два с половиной раза меньше погрузочной способности одного загрузочного отверстия, т.е. даже при заглублении в штыб только одного загрузочного отверстия загрузка штыба в трубу не станет «узким местом» в работе проектируемой крепи.
Поступивший во внутреннее пространство трубы штыб должен быть удален из зоны загрузки и далее из трубы. Расчетная схема для определения производительности шнека показана на рис. 5. Из расчетной схемы видно, что при горизонтальной ориентировке шнека пространство между витками реборды может быть заполнено наполовину в соответствии с углом естественного откоса сыпучего материала.
Полученная при подстановке численных значений производительность шнека по транспортированию буровой мелочи в сторону от забоя скважины, почти в пять раз, превышает скорость образования буровой мелочи при бурении скважины, т.е. по своей производительности шнек так же
не станет сдерживающим фактором в цепи операций технологического цикла.
Конструктивное исполнение трубы предусматривает наличие внутреннего конфузора в завальной части. Конфузор, с одной стороны, защищает приводные элементы вращателя от воздействия буровой мелочи, с другой - резко снижает производительность шнека, в частности по удалению буровой мелочи из внутреннего пространства трубы. Если принять внутренний диаметр конфузора в самом узком месте в два раза меньше внутреннего диаметра трубы, без изменения шага навивки реборды, то для сохранения производительности шнека должен увеличиться коэффициент заполнения пространства между витками реборды шнека. Так как расчетная величина этого коэффициента в конфузоре составила 0,87, что меньше единицы, то это означает, что конфузор с принятыми параметрами не снизит производительности шнека по транспортировке буровой мелочи.
Таким образом, можно сделать вывод о принципиальной работоспособности данной конструкции шнека по транспортированию буровой мелочи и разгрузке от нее.
Крепь работает следующим образом. Сначала подключают через электроразъем привод бурового инструмента к очистному комбайну. Осуществляют бурение скважин на глубину, равную величине захвата исполнительного органа выемочной машины. По окончании углубления скважины опорную балку данной секции крепи вдвигают в пробуренную скважину, тем самым, передвигая всю секцию. При этом козырек перекрытия скалывает межскважинный целик угля у кровли пласта, если он не обвалился самостоятельно. Под действием веса секция крепи стремится вниз по падению пласта, что приводит к возникновению момента составляющей силы тяжести крепи относительно оси опорной балки и возникновению опасности проворачивания опорной балки в скважине, т.е. потере устойчивости крепи. За счет
асимметричности секции крепи этого не происходит. При снятии распора с крепи консольная часть ее перекрытия, наоборот, за счет веса крепи прижмется к кровле, не допуская значительного ее обнажения, и передвижка секции крепи будет протекать без потери контакта с кровлей пласта. По окончании передвижки крепь снова распирают и снимают питание, а работы по передвижке переносят на соседнюю секцию крепи.
Вдвое большая величина хода поршня домкрата передвижки по сравнению с величиной хода штока домкрата подачи позволяет организовать как одностороннюю, так и челноковую схему выемки угля или передвижки секций крепи.
Для предлагаемой технологии необходим специальный очистной комбайн, обладающий производительностью не менее 3-5 т/мин, способный отбивать уголь на пластах мощностью от 2 до 4 м и зарубаться в угольный массив поворотом своего исполнительного органа для работы без ниши, обладающий дополнительным электрическим выводом для подключения электрооборудования секции крепи.
Технико-экономическая оценка показала, что при мощности пласта - 2,8 м суточная нагрузка на очистной забой длиной 150 м, из расчета выемки трех полос шириной 1,0 м составит 1600 т/сут. При выемке четырех полос - 2150 т/сут. При этом производительность труда рабочего по добыче составит 100-130 т/смену.
Таким образом, за счет использования массива для удержания крепи от сползания возможна комплексная механизация разработки крутонаклонных и крутых пластов по системе разработки «Длинными столбами по простиранию». Это повысит эффективность добычи дефицитных марок угля. Что, в свою очередь, позволит привлечь недропользователей и инвесторов к разработке пластов угля ценных марок, залегающих в сложных горно-геологических условиях.
----------------------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дегтярев В.П. Состояние минерально-сырьевой базы Кузбасса и первоочередные задачи геологоразведочной отрасли // ТЭК и ресурсы Кузбасса (Приложение). Кемерово. 2001. № 3. С. 3-9.
2. Лангольф Э.А. Проблемы эффективности реструктуризации угольной промышленности Кузбасса / Э.Л. Лан-
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------------------------
Станкус В.М, Анфёров Б.А., Кузнецова Л.В. - Институт угля и углехимии СО РАН, г. Кемерово.
ственно примыкают к очистному забою и обеспечивается безопасное проветривание горных работ выемочного участка. Согласно опыту на газовых шахтах проветривание высоконагру-женных лав осуществляется обычно путем направления двух свежих струй воздуха, поступающих по штрекам к каждому выходу из очистного забоя, т.е. используется принцип обособленного разбавления и удаления вредностей по источникам поступления их в шахтную атмосферу.
Хорошее состояние подготовительных выработок является залогом успешной работы высо-конагруженных лав с минимально возможными издержками с точки зрения повышения безопасности работ, надежного функционирования вентиляции и транспортных средств и сокращения непроизводительных затрат труда на проходку и поддержание выработок. Прямой порядок отработки лав (сплошная система разработки) практически неприемлем для уровня добычи угля из очистного забоя 2000-3000 т/сут. и более, поскольку он связан с комплексом опасностей и трудностей одновременного выполнения работ по выемке угля и проходке вырабо-
© М.П. Зборшик, А.В. Костенко, 2003
УАК 622.831
М.П. Зборшик, А.В. Костенко
СОХРАНЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ПОАГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ ЛАВ ПРИ ОТРАБОТКЕ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ
Обеспечение высокой нагрузки на очистной забой является одним из главных направлений повышения технико-экономических показателей работы угольных шахт Донбасса. При отработке пологих пластов не менее 60% добываемого угля приходится на пласты мощностью 1,1-1,7 м. Таких шахтопластов в регионе не более 15-20%, но в ближайшие 2-3 десятилетия доля добываемого из них угля будет непрерывно возрастать. В условиях Донбасса разработка пластов сопряжена с большими трудностями. Это обусловлено сравнительно малой их мощностью, низкой прочностью и устойчивостью вмещающих пород, большой глубиной разра-ботки, высокой газообильностью и опасностью пластов по внезап-
ным выбросам угля и газа, наличием высокой температуры воздуха в горных выработках, склонностью углей к самовозгоранию, взрывчатостью угольной пыли, сложностью подземного горного хозяйства шахт и т.д.
В настоящее время имеются отечественные механизированные комплексы второго поколения КД80 и КД90, с помощью которых можно успешно достичь добычи угля из одной лавы до 5000 т/сут. и более. Новым комплексам нужен технологический простор в первую очередь в пределах отрабатываемых выемочных участков. Это значит, что система разработки должна быть конструктивно простой и надежной типа «лава-этаж» или «лава-ярус», когда пластовые подготовительные выработки непосред-
гольф, И.И. Вылегжанина, В.П. Мазикин. Кемерово: Куз-бассвузиздат, 1997. 248 с.
3. Кузнецова Л.В. Информационно-логическая систематизация и совершенствование технологий разработки угольных пластов / Л.В.Кузнецова, Б.А. Анфёров. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2001. 151 с.
